ES2266480T3 - Cadenas. - Google Patents

Abstract

Una cadena que incluye una pluralidad de eslabones, caracterizada porque por lo menos alguno de los eslabones (2a, 2b), está formado a partir de un material de sección transversal circular que ha sido deformado, por lo menos sobre una parte de su superficie, en una sección transversal no circular que tiene cuatro lados arqueados convexos (10a, 10b, 10c, 10d), de forma que por lo menos una parte operativa del eslabón, cuando está formada tiene, donde los eslabones interfieren con un eslabón encadenado adyacente, un perfil deseado que, desde el principio, es similar al perfil de la parte operativa de un eslabón que tiene sección transversal circular fabricado a partir del material, después del desgaste durante un período de uso.

Description

Cadenas.

Descripción de la invención

Esta invención atañe a mejoras relativas a cadenas, tal como se usan (por ejemplo)I para acarrear cargas o para hacer funcionar maquinaria. Los eslabones de una cadena semejante se producen convencionalmente por soldadura o, poco frecuentemente, mediante una combinación de soldadura o forjadura. Usualmente todos los eslabones en una cadena están soldados, pero ocasionalmente puede conectarse eslabones forjados alternados con los eslabones de soldadura.

Convencionalmente tales eslabones son, en general, de sección transversal circular, y el contacto entre eslabones que conectan entre sí, sometidos a carga, es teóricamente un contacto puntual, que en la práctica se extiende sobre un pequeño área, generalmente circular.

Así, las fuerzas que son transmitidas entre eslabones adyacentes, por lo menos en una etapa temprana en la vida de la cadena, a través de las pequeñas áreas de contacto, producen elevadas tensiones en los eslabones de la cadena.

Adicionalmente, debido a que el área de contacto es pequeña, los eslabones de la cadena erosionan rápidamente el área de contacto, disminuyendo la velocidad de la reducción del diámetro cuando se incrementa el área de contacto entre eslabones.

Tal desgaste de los eslabones de la cadena tiene la desventaja de que, mientras la reducción en el diámetro de los eslabones de la cadena en al dirección radial ("abrasión radial") es pequeña en comparación con el diámetro de los propios eslabones de la cadena, sobre una longitud extensiva de la cadena esto puede requerir volver a tensar la cadena después de solo un pequeño periodo de uso inicial.

El documento DE-A-3 929 148 muestra una cadena en la que, por lo menos, algunos de los eslabones son de sección transversal no circular, pero la sección transversal no circular concreta está diseñada para reducir la dimensión externa de la cadena, sin comprometer indebidamente la resistencia del eslabón.

De acuerdo con un primer aspecto de esta invención, se proporciona una cadena acorde con la reivindicación 1.

De este modo, el contacto entre los eslabones adyacentes se producirá desde el principio sobre un área relativamente grande, reduciendo la velocidad de abrasión radial de la cadena, en comparación con una nueva cadena de sección transversal circular.

Preferentemente, la cadena acorde con esta invención tiene un área en sección transversal que es similar desde el principio, a la de la cadena convencional. Así, si por ejemplo una cadena de 16 mm de diámetro está siendo producida conforme a esta invención, preferentemente el área en sección transversal de la cadena es aproximadamente 201 mm cuadrados, como sería con la cadena convencional de 16 mm de diámetro.

Así, el material en barra de sección circular transversal para la cadena convencional, puede ser deformado en una sección transversal con un contacto provisto de área superficial, significativamente superior entre dos eslabones adyacentes de la cadena, en concreto en las áreas de corona. De este modo, se consigue las ventajas de un contacto superficie a superficie inicialmente mayor, sin reducción alguna en la fuerza de la cadena.

Así, la cadena tiene las propiedades de alargamiento reducido de una cadena usada, mientras que tiene las propiedades de resistencia de una cadena no gastada.

Alternativamente, mediante asegurar inicialmente que la cadena tiene una sección transversal tal que produce una carga de trabajo segura, deseada, esta puede ser menor de lo que, en otro caso, sería necesario, cuando se tiene en cuenta la reducción en la resistencia de la cadena que se produce inicialmente, debido a la abrasión.

El perfil superficial de la cadena, puede ser una reproducción del perfil superficial de un eslabón convencional después de un periodo de uso, por ejemplo un periodo de uso extensivo, y en consecuencia después de que ha tenido lugar un desgaste extensivo.

Puede proporcionarse un perfil semejante sobre las caras internas de las coronas solo de los eslabones de la cadena, y si se desea puede proporcionarse solo en eslabones alternos.

Así, si se desea puede producirse forjados con una superficie interna en la corona de estos, que se asiente en acoplamiento cara a cara (en área) con los eslabones que intervienen (por ejemplo soldados). Así, estos eslabones forjados pueden ser producidos inicialmente de forma convencional, por ejemplo por forjadura de una sección transversal en general circular, y pueden después ser modificados en las regiones de la corona para producir el perfil superficial deseado.

Sin embargo, preferentemente, el perfil de la superficie de diseño se proporciona a los eslabones soldados, y se proporciona convenientemente sobre la totalidad de la longitud de los eslabones, incluyendo las superficies externas de los eslabones, por ejemplo en las espigas o patas de estos. De este modo puede reducirse también el desgaste tiene lugar sobre otras áreas de la cadena durante su uso, por ejemplo por contacto de desgaste con un platillo de carga o una superficie del suelo.

De este modo, el material de sección transversal que incluye el perfil deseado, puede ser cortado, moldeado y soldado, para producir eslabones acordes con esta invención.

Convenientemente, en tales circunstancias el material está provisto con un perfil superficial deseado en por lo menos dos, preferentemente cuatro, superficies opuestas, lo que permite que el eslabón sea moldeado de acuerdo con esta invención, independientemente de la orientación axial de una longitud cortada de material en bruto.

De acuerdo con esta invención, se proporciona una cadena caracterizada porque al menos parte de los eslabones está provista, en la cara de contacto de estos, con un perfil que tiene un radio de curvatura que es mayor que el del eslabón como un todo.

Por la frase "radio de curvatura del eslabón como un todo" nos referimos al radio de curvatura de la sección transversal de un eslabón circular que tiene un área en sección transversal, comparable al área en sección transversal del eslabón en cuestión.

La cara de contacto es la cara que, en uso, se acopla con la cara de un eslabón adyacente, y a través de la cual se transmite las fuerzas, en uso, de la cadena.

Así, para una cadena que tiene eslabones de diámetro 20X (donde X es una distancia), el radio de curvatura del perfil puede ser 12X o más, es decir un radio de curvatura un 20% mayor del que normalmente sería el caso, y es convenientemente 15X o más, es decir un radio de curvatura un 50% mayor de lo que normalmente sería el caso. Así, para una cadena que tiene eslabones de 15 mm de diámetro, la cara de contacto puede tener un perfil que tiene un radio de curvatura de por lo menos 10 mm y, preferentemente, un radio de curvatura de 12 mm o más.

De forma similar, para una cadena que tiene eslabones de 28 mm de diámetro, la cara de contacto puede tener un perfil con un radio de curvatura de 18 mm o más, preferentemente de 22 mm o más.

El perfil provisto en la cara de contacto puede proporcionarse en la corona de los eslabones, quizás exclusivamente en la corona de los eslabones, o puede proporcionarse en la totalidad de la superficie interna de los eslabones.

Cuando el eslabón sea un eslabón soldado, el perfil puede proporcionarse en las superficies interna y externa, convenientemente en dos pares de superficies diametralmente opuestas.

De acuerdo con esta invención, se proporciona además una cadena en la que al menos algunos de los eslabones tienen una sección transversal que tiene, en general, forma de cuadrado redondeado.

Un cuadrado redondeado es una forma geométrica que comprende cuatro lados convexos arqueados, que empalman con áreas de las esquinas del perfil, en la cual el radio de curvatura de los lados es mayor que el de un círculo de área de sección transversal comparable.

De acuerdo con esta invención, se proporciona además un eslabón de cadena para una cadena de la clase expuesta arriba.

De acuerdo con esta invención, se proporciona además material en bruto de barra, para ser usado en la fabricación de un eslabón de cadena de la clase expuesta arriba.

De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se proporciona además un método para fabricar una cadena de acuerdo con la reivindicación 13.

El método puede comprender además las etapas de: modelar por ordenador por lo menos dos eslabones de una cadena convencional; superponer los dos eslabones entre sí, en una medida que simule una cantidad de desgaste; calcular la sección transversal del perfil así generado; y fabricar eslabones de cadena que tengan en sus regiones de la corona, por lo menos, un perfil que tenga esta sección transversal.

Se dará ahora una descripción detallada, para ser leída con referencia a los dibujos anexos, de una cadena que es una realización preferida de esta invención, habiendo sido seleccionada con propósitos de ilustrar la invención a modo de ejemplo, comprendiendo la cadena una eslabón de cadena que es además ilustrativo de la invención en algunos de sus aspectos.

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En los dibujos anexos:

la figura 1 es una vista esquemática en sección transversal, que muestra la forma del área de contacto entre dos eslabones de una cadena de sección transversal circular convencional;

la figura 2 en una vista en alzado, que muestra parte de una cadena acorde con esta invención;

la figura 3 es una vista en sección transversal, del eslabón mostrado en la figura 2, tomado en la línea 3-3 de la figura 2;

la figura 4 es una vista esquemática, de la interferencia entre dos eslabones de sección transversal circular convencional después de un desgaste de 2 mm:

la figura 5 es una vista correspondiente, de la interferencia entre dos eslabones de cadena acordes con la invención, después de un desgaste de 2 mm;

la figura 6 es una vista correspondiente a la figura 1, que muestra el área de contacto entre eslabones adyacentes de la cadena que es la realización preferida de esta invención;

la figura 7 es una vista esquemática, para ser utilizada junto con las tablas que aparecen a continuación; y

la figura 8 es una gráfico que muestra la velocidad de desgaste reducida, obtenida por el uso de la invención.

La cadena que es la realización preferida de esta invención, comprende una pluralidad de eslabones dos de los cuales, 2a y 2b, se muestran en la figura 2, siendo una cadena de eslabones soldados. Los eslabones están moldeados a partir de material de barra en bruto que tiene la sección transversal mostrada en la figura 3, que se define aquí presentando forma de "cuadrado redondeado". Específicamente, la cadena que es la realización preferida de esta invención es una cadena de 16 mm, y la sección transversal comprende cuatro lados arqueados convexos 10a, 10b, 10c y 10d, cada uno de los cuales tiene un radio de curvatura, por lo menos, un 10% mayor que el del tamaño de la cadena (es decir, por lo menos un 10% mayor de 8 mm), y preferentemente por lo menos 15 mm mayor que el tamaño de la cadena. En la realización preferida, las superficies arqueadas convexas 10a a 10d tienen un radio de curvatura de 13 mm, en comparación con el radio de curvatura de un círculo de área en sección transversal comparable, (es decir, 8 mm).

Las superficies 10a a 10d pueden encontrarse en un punto, pero convenientemente las uniones son redondeadas, como se muestra en la figura 3.

La cadena mostrada en la figura 2 tiene un perfil sobre una parte operativa de su superficie, que es equivalente a parte del perfil superficial de una cadena convencional de sección transversal circular después de un periodo de desgaste. Este perfil superficial puede generarse como sigue.

Se usa un paquete de modelado, por ejemplo Pro-Engineer®, para crear modelos de eslabones estándar con, por ejemplo, una sección transversal circular convencional, aunque podría usar cualquier perfil conveniente. El tamaño y la forma de los eslabones simulados, tendrían valores típicamente usados de modo convencional para la aplicación, y el radio de los eslabones correspondientemente elegidos. En este ejemplo, se usa eslabones circulares con un radio de curvatura de 8 mm.

Estos eslabones son después "ensamblados juntos" en la simulación informática, para formar una cadena de dos longitudes con contacto puntual entre los eslabones. Para simular el desgaste en los eslabones, los dos eslabones son superpuestos entre sí, en pasos de 0,1 mm, 0,5 mm, 1,0 mm, 1,5 mm y 2,0 mm. La cantidad de área superficial de contacto entre los dos eslabones puede ser calculada por el paquete informático en cada etapa. Naturalmente, cuanto más profundo es el movimiento hacia el eslabón correspondiente, mayor es el área superficial de contacto, según se desgasta.

Inicialmente, una nueva cadena se desgasta rápidamente desde un punto teórico de contacto, hasta que se crea un asiento entre eslabones, y es este rápido desgaste inicial, el que provoca problemas con el alargamiento de la cadena. Una vez que el perfil de las áreas de contacto entre los eslabones ha sido calculado, es posible seleccionar un paso de interferencia, y ver la sección transversal de la cadena en este punto. Esto corresponde a la sección transversal de la cadena después de un periodo de desgaste. La cantidad exacta de desgaste a la que corresponde el perfil superficial, depende del valor elegido en la etapa de interferencia, y es relativamente fácil trazar los cambios en el área de contacto superficial, en diferentes etapas de interferencia, y ver a partir de ahí como de profunda se necesita una interferencia para compensar el rápido desgaste inicial entre eslabones de la cadena.

La sección transversal para esta realización fue el resultado de modelar una profundidad de interferencia de 2,0 mm entre dos eslabones de cadena circulares, convencionales. El perfil de la cara de contacto de los eslabones en esta profundidad de interferencia se asemeja, en el área que se ha desgastado, a un lado de la sección transversal de cuadrado redondeado mostrada en la figura 2, que tiene un radio de curvatura que es considerablemente mayor que el de un círculo de área en sección transversal comparable. Así, la fabricación de un eslabón con una sección transversal de cuadrado redondeado es una forma conveniente de usar los resultados de la simulación, para proporcionar una cadena con un perfil previo al desgaste.

También puede modelarse dos eslabones con una sección transversal de cuadrado redondeado en el ordenador, de una forma similar a la descrita arriba, como se muestra en la figura 5. El área de contacto entre los dos eslabones es sustancialmente mayor que la que hay entre eslabones de sección transversal circular convencional, como se muestra en las tablas 1 y 2.

Para fabricar eslabones que tengan esta sección transversal ventajosa, se enrolla una longitud apropiada de material de barra en bruto, de cuadrado redondeado, perfilado por rodillos que han sido moldeados con una sección transversal apropiada. La forma de los rodillos se determina por los resultados de la simulación por ordenador. El material de barra en bruto es cortado en una longitud, depositado en una máquina dobladora, donde las piezas son agarradas entre dos garras, y enrollado alrededor de un molde, adoptando forma de eslabón. Durante este proceso, un eslabón puede ser moldeado como parte de una cadena. Cuando la totalidad de las cuatro caras están provistas con un perfil apropiado, una de las superficies 10a a 10d proporciona una cara de contacto interna, que es acoplada por la cara de contacto de un eslabón adyacente, como se ha mostrado en la figura 2, independientemente de cual de las cuatro orientaciones axiales adopte el eslabón en el punto de moldeado.

Son posibles otras formas de moldear los eslabones, pero en general son menos ventajosas. El material de barra en bruto puede ser extruido pero esto es caro, o ser forjado en troqueles que han sido perfilados por una máquina CNC, pero esto requiere que se forje y suelde eslabones alternativos, lo que es inconveniente para la fabricación.

La figura 1 muestra el área de contacto A1 entre eslabones adyacentes 6a, 6b de una cadena que tiene eslabones de sección transversal circular convencional, después de un breve periodo de desgaste, mientras que la figura 6 muestra el área de contacto A2 entre dos eslabones 2a, 2b de una cadena, de acuerdo con la presente invención, después de un corto período, similar, de desgaste, tal como se verá a partir de la siguiente tabla, en la que X es la distancia de erosión, indicada en la figura 5.

TABLA 1

Área de Contacto Superficial (16 mm)
Profundidad de X	Eslabón Redondo	Eslabón Perfilado	% de Incremento
0.5	59 mm^{2}	218 mm^{2}	269
1.0	109 mm^{2}	254 mm^{2}	133
1.5	153 mm^{2}	279 mm^{2}	82
2.0	191 mm^{2}	298 mm^{2}	56

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TABLA 2

Volumen de Erosión (16 mm)
Profundidad de X	Eslabón Redondo	Eslabón Perfilado	% de Incremento
0.5	14.7 mm^{3}	71.1 mm^{3}	+383
1.0	54.2 mm^{3}	161.3 mm^{3}	+197
1.5	112.7 mm^{3}	259.7 mm^{3}	+130
2.0	186.6 mm^{3}	364.5 mm^{3}	+ 95

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Tal como se verá a partir de los dibujos dados arriba, se necesita un desgaste significativamente incrementado, en una cadena acorde con esta invención (el "eslabón perfilado"), en comparación con la cadena de eslabón redondo, convencional, que reduzca la velocidad del alargamiento eficaz de una cadena debido al desgaste, y reduzca la velocidad de la disminución de la carga segura de trabajo, de la cadena, debido a la erosión radial. La reducción en la velocidad del desgaste por el uso de la invención, se muestra en la figura 8.

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De hecho, en la medida en que entra en juego el alargamiento de la cadena, se ha encontrado que, sobre la mayoría del rango, un eslabón de unos 6 mm acorde con la invención producirá menos alargamiento que una cadena de eslabón convencional, redondeado, de 20 mm, durante la mayor parte de su vida, tal como se ha indicado en la siguiente tabla:

TABLA 3

Volumen de Erosión (16 mm)
Profundidad de X	Eslabón Redondo	Eslabón Perfilado	% de Incremento
	(28 mm)	(16 mm)
0.5	28.4 mm^{3}	71.1 mm^{3}	+ 150
1.0	107.4 mm^{3}	161.3 mm^{3}	+ 50
1.5	227.9 mm^{3}	259.7 mm^{3}	+ 13
2.0	385.0 mm^{3}	364.5 mm^{3}	- 5

Por lo que se ve a partir de la figura 8, la cadena convencional muestra un grado significativo de desgaste durante el primer ciclo de pruebas, por las razones que han sido explicadas arriba. A la inversa, la velocidad del desgaste de la cadena acorde con esta invención, es muy significativamente menor y, en efecto, comienza en el punto alcanzado por la cadena convencional en el nivel de 4.75% de desgaste, que corresponde aproximadamente al perfil de una cadena, en las caras internas de las coronas de los eslabones, a una profundidad de erosión de aproximadamente 2 mm.

Aunque el 90% de la ventaja de la reducción en el desgaste, puede obtenerse mediante el uso del perfil de cuadrado redondeado solo en la cara interior, de contacto, del eslabón de la cadena, hay ventajas en una utilización de metal del perfil en las cuatro caras. Adicionalmente, mediante proporcionar este perfil sobre la totalidad de la cadena, incluyendo las superficies externas de las espigas de los eslabones, puede reducirse también la velocidad de la reducción del área en sección transversal de la cadena, en las espigas, que puede ser provocada por el desgaste de la cadena contra las superficies exteriores en uso. Un ejemplo de tal desgaste, es el caso en que se utiliza una cadena en un transportador de minería, y es arrastrado sobre un platillo del transportador, o cuando es arrastrado sobre una superficie dura del suelo.

Así, si Y es la distancia de erosión irregular (véase la figura 7), puede obtenerse la siguiente reducción en el desgaste:

TABLA 4

Volumen de Erosión (16 mm)
Profundidad de X	Eslabón Redondo	Eslabón Perfilado	% de Incremento
1 mm	433.9 mm^{3}	557.2 mm^{3}	28
2 mm	1256.0 mm^{3}	1598.7 mm^{3}	27
3 mm	2332.2 mm^{3}	2865.4 mm^{3}	22
4 mm	3604.0 mm^{3}	4271.3 mm^{3}	18

La invención se ha descrito arriba en relación con una cadena que comprende eslabones soldados, moldeados a partir de material de barra en bruto, de sección transversal constante mostrado en la figura 3, siendo específicamente la cadena de un tamaño de 16 mm. Desde luego, se apreciara que los principios de la invención tienen ventajas para los eslabones tanto soldados como forjados, y en concreto en relación con los eslabones forjados, puede proporcionarse el perfil en la superficie de contacto interior del eslabón de la cadena y, desde luego, en solo las superficies interiores de las coronas de los eslabones de la cadena.

En la presente especificación "comprende" significa "incluye o consiste en", y "que comprende" significa "que incluye o que consiste en".

Las características reveladas en la anterior descripción, o en las siguientes reivindicaciones, o en los dibujos anexos, expresadas en sus formas específicas o en términos de un medio de llevar a cabo la función revelada, o de un método o proceso para obtener el resultado revelado, según sea lo apropiado, pueden ser utilizadas por separado, o en cualquier combinación de tales características, para realizar la invención en diversas formas de esta.

Claims (14)

1. \global\parskip0.920000\baselineskip

   1. Una cadena que incluye una pluralidad de eslabones, caracterizada porque por lo menos alguno de los eslabones (2a, 2b), está formado a partir de un material de sección transversal circular que ha sido deformado, por lo menos sobre una parte de su superficie, en una sección transversal no circular que tiene cuatro lados arqueados convexos (10a, 10b, 10c, 10d), de forma que por lo menos una parte operativa del eslabón, cuando está formada tiene, donde los eslabones interfieren con un eslabón encadenado adyacente, un perfil deseado que, desde el principio, es similar al perfil de la parte operativa de un eslabón que tiene sección transversal circular fabricado a partir del material, después del desgaste durante un período de uso.
2. 2. Una cadena acorde con la reivindicación 1, caracterizada porque la parte operativa sobre la que se proporciona el perfil deseado, son las caras internas de las coronas de los eslabones de la cadena (2a, 2b).
3. 3. Una cadena acorde con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizada porque el perfil deseado se proporciona en la totalidad de la superficie interna de los eslabones (2a, 2b).
4. 4. Una cadena acorde con cualquier reivindicación precedente, caracterizada porque el perfil deseado se proporciona sobre las superficies externas de los eslabones (2a, 2b).
5. 5. Una cadena acorde con cualquier reivindicación precedente, caracterizada porque el perfil deseado se proporciona sobre toda la longitud de los eslabones (2a, 2b).
6. 6. Una cadena acorde con cualquier reivindicación precedente, caracterizada porque comprende eslabones forjados, y la parte operativa de un eslabón comprende una superficie interna de la corona de este, que se asienta en acoplamiento cara a cara con los eslabones asociados, y cada eslabón está producido inicialmente de forma convencional, y subsiguientemente es alterado en la región de la corona, para producir el perfil deseado.
7. 7. Una cadena acorde con cualquier reivindicación precedente, caracterizada porque comprende eslabones soldados, y el perfil deseado está provisto en la cara interna de los eslabones soldados (2a, 2b).
8. 8. Una cadena acorde con la reivindicación 7, caracterizada porque el perfil deseado se proporciona en las superficies interna y externa de los eslabones (2a, 2b).
9. 9. Una cadena acorde con cualquier reivindicación precedente, caracterizada porque la cadena tiene eslabones de un diámetro de 20X, y el radio de curvatura del perfil es de 12X o más.
10. 10. Una cadena acorde con la reivindicación 9, caracterizada porque el radio de curvatura del perfil es de 15X o más.
11. 11. Una cadena acorde con cualquier reivindicación precedente, caracterizada porque la cadena tiene eslabones que tienen un diámetro de 15 mm, y la parte operativa tiene un perfil deseado que tiene un radio de curvatura de por lo menos 10 mm, preferentemente por lo menos 12 mm.
12. 12. Una cadena acorde con cualquier reivindicación precedente, caracterizada porque la cadena tiene eslabones de 28 mm de diámetro, y la parte operativa tiene un perfil deseado que tiene un radio de curvatura de por lo menos 18 mm, preferentemente por lo menos 22 mm.
13. 13. Un método para fabricar una cadena, caracterizado por los pasos de:

    (a)

    simular en un ordenador, una cantidad de desgaste sobre un eslabón, de una cadena convencional que tiene eslabones de cadena de sección transversal generalmente circular;

    (b)

    generar a partir de esto, un perfil superficial de una cadena desgastada; y

    (c)

    fabricar una cadena que tiene tal perfil superficial, por lo menos en las superficies internas de los eslabones de la cadena, mediante deformar material de sección transversal circular, por lo menos sobre parte de su superficie, en una sección transversal no circular que tiene cuatro lados arqueados convexos (10a, 10b, 10c, 10d).

14. 14. Un método acorde con la reivindicación 13, que comprende además las etapas de:

    (d)

    modelar por ordenador por lo menos dos eslabones de una cadena convencional;

    (e)

    superponer los dos eslabones entre sí, en una cantidad que simula una cantidad de desgaste;

    (f)

    calcular la sección transversal del perfil así generado; y

    (g)

    fabricar eslabones de cadena que tienen, en sus propias regiones de corona, por lo menos un perfil que tiene esta sección transversal.