Transmissões por CORREIAS A · Conceitos gerais. As transmissões por correia pertencem ao grupo de transmissões por meio do atrito . Nas transmissões por correia o movimento do

Instituto Superior de Transportes

e Comunicações

3⁰ Ano Órgãos de Máquinas – Cápitulo 6

Eng⁰ Eulices Mabasso

Transmissões por

CORREIAS

A

Tópicos 1.

2.

3.

4.

5.

6.

Conceitos gerais Transmissões por correias

Características geométricas das Transmissões por correia

Esforços actuantes nas transmissões por

Resistência das transmissões por correia

Sequência de cálculo das transmissões

Exercícios prácticos

correia

2

1. Conceitos gerais As transmissões por correia pertencem ao grupo de transmissões

por meio do atrito . Nas transmissões por correia o movimento do

elemento motor é transmitido ao elemento movido por intermédio

de um elemento flexível chamado "correia". As transmissões por correia podem ser utilizadas quando os

eixos dos elementos motor e movido estão a uma distância tal

que o contacto directo entre estes é impossível.

Estes elementos são abraçados pela correia, possibilitando a

obtenção de uma transmissão com grandes distâncias

interaxiais. Os elementos motor e movido abraçados pela correia designam-se "polias".

3

1. Conceitos gerais As porções da correias que se

localizam entre as polias designam-

se "ramais". A polia motriz, ao girar,

arrasta consigo a correia, graças ao

atrito. Esta, por sua vez, arrasta a polia

movida, girando-a. As forças de

são

da

de

atrito entre a correia e as polias

proporcionadas correia sobre

pelo aperto

as superfícies

trabalho das polias.

4

1. Conceitos gerais

Este aperto é commumente conseguido tensionando a correia

por vários métodos, a abordar adiante. Este tensionamento é

feito antes da aplicação da carga e por isso, às vezes, o esforço

aplicado se designa "esforço prévio" ou "esforço inicial". Contudo,

não é forçoso que este esforço se mantenha constante durante a

operação.

O ramal da correia que "puxa" a polia movida e sai dela está sujeito a uma maior tensão que o outro. O ramal que entra para a

polia movida é mais frouxo, i.e., está sujeito a uma menor tensão.

5

1. Conceitos gerais As transmissões por correia podem desempenhar um papel importante na

redução dos custos das máquinas pois permitem a redução das exigências de complexidade e precisão da construção, graças à elasticidade da correia.

Para diferenciar estes diferentes estados o primeiro ramal designa se "ramal

tenso" e o que está sujeito a uma menor tensão designa-se "ramal frouxo".

6

1. Conceitos gerais Devido a esta mesma elasticidade, as transmissões por correia

também conferem um aumento da longevidade dos órgãos das

máquinas, pois a absorção dos choques resulta num

funcionamento suave.

As transmissões por correias são muito utilizadas para transmitir potências desde os motores eléctricos de baixa e média potência

aos mais diversos tipos de dispositivos accionados. Também são

muito comuns nas máquinas agrícolas, nos motores de

combustão interna, em geradores, em aparelhos laboratoriais,

aparelhos de entretenimento e outras aplicações.

7

1. Conceitos gerais O grande sucesso na utilização das correias é devido,

principalmente, às seguintes razões: a boa economia

proporcionada por a segurança.

esta transmissão, sua grande versatilidade e

Razões económicas

• •

o

•

•

Padronização, Facilidade de montagem e manutenção (a disposição é simples e

acoplamento e o desacoplamento são de fácil execução), Ausência de lubrificantes e

Durabilidade, quando adequadamente projetadas e instaladas. 8

1. Conceitos gerais Razões de segurança

• Reduzem significativamente choques e vibrações devido à sua

flexibilidade e ao material que proporciona uma melhor absorção choques e amortecimento, evitando a sua propagação,

de

• Limitam sobrecargas pela ação do deslizamento (podem

funcionar como “fusível mecânico”),

• Funcionamento silencioso,

Razões de versatilidade

• permitem grandes variações de velocidade (i recomendado ≤ 6) 9

1. Conceitos gerais Razões de versatilidade • possibilitam rotações no mesmo sentido (correia fechada) – Figura 1.6. • facilidade de variação de velocidade:

(correia aberta) ou em sentidos opostos

- -

contínuo (figura 1.2.a) descontínuo (polias escalonadas - figura 1.2.b)

10

1. Conceitos gerais Tomando como referência as transmissões por engrenagens (e

exceptuando as correias dentadas), as transmissões por correias

denotam as seguintes vantagens e desvantagens comuns:

Vantagens

- -

simplicidade e baixo custo de construção e exploração; possibilidade de transmitir energia mecânica a longas distâncias

(até 15 metros, para correias planas);

- -

suavidade e ausências de ruídos durante o funcionamento; capacidade de amortecer choques e vibrações, o que aumenta a

vida útil dos outros órgãos da máquina);

11

1. Conceitos gerais - capacidade de proteger os elementos da máquina contra

se supera a força de atrito entre as polias e a correia; sobrecarga, quando

Desvantagens

- dimensões grandes, tipicamente o quíntuplo das dimensões de

elementos de transmissões por engrenagens para potências

equivalentes - inconstância da relação de transmissão - esta varia

em função da carga por causa do deslizamento da correia baixo tempo de vida da correia (1000 ... 5000 horas) que deteriora -

acentuadamente tanto com o aumento da velocidade como com o aumento da força inicial F0 ou das cargas/tensões de serviço;

12

1. Conceitos gerais

Existem várias formas de secções

transversais das correias. Em

ser

de

função destas formas podem

distinguidos os seguintes tipos

transmissões por correias:

- -

-

transmissões por correias planas

transmissões por correias redondas

transmissões por correias trapezoidais

múltiplas (ou multi-V)

- transmissões por correias dentadas

13

1.1. Tipos de Correias

1. Conceitos gerais As correias mais populares são as trapezoidais e as planas. As

transmissões por correias planas são simples, versáteis e têm As rendimento comparativamente alto. Este pode atingir 98%.

correias planas são muito convenientes para grandes distâncias interaxiais e têm certa popularidade.

As correias trapezoidais têm relativamente menor rendimento que

as planas. Usam-se para distâncias interaxiais

pretendem

correias, as

relativamente

transmissões

transmissões

menores, especialmente quando se

compactas. Dentre as transmissões por

por correias trapezoidais são as mais populares, na actualidade.

14


1. Conceitos gerais As transmissões por correias podem ter diversas configurações e

disposições mútuas dos eixos. Assim, podem tipos de transmissões:

transmissões simples ou abertas, com eixos paralelos

ser distinguidos os seguintes

o o

o

o

o

o

transmissões

transmissões

transmissões

transmissões

transmissões

cruzadas

semi-cruzadas ou angulares

com eixos cruzados com polias múltiplas

com polias tensoras ou desviadoras

Nas transmissões abertas os eixos das polias são paralelos e a rotação das

polias motriz e movidas ocorre no mesmo sentido. Nas transmissões cruzadas

o sentido de rotação das polias é invertido. Para as transmissões cruzadas e

semi-cruzadas são usadas correias planas e redondas. 15


1. Conceitos gerais

16


17

1. Conceitos gerais

As correias mais antigas eram

fabricadas em couro. Atualmente este

material está em desuso e se utilizado

o é apenas para correias planas. A composição das correias modernas

é de material compósito. É uma com mistura de polímeros (borracha)

fibras vegetais (algodão ou cânhamo)

ou materiais metálicos (arames ou

cabos de aço).

A composição mínima das correias

trapezoidais e planas está mostrada na figura ao lado.


1. Conceitos gerais

As correias são elementos flexíveis feitos de diversos materiais. Para

além da capacidade para transmitir os esforços que se verificam

durante o funcionamento, as exigências principais para os materiais das correias são:

elevado coeficiente de atrito entre a correia e a polia (geralmente 0,4 ... 0,8);

reduzido módulo de elasticidade, para evitar grandes tensões baixo custo.

de flexão;

Usam-se algodão

correias de couro (para até

velocidades até 40 m/s), de

telas de

(para velocidades 25 m/s), tecidos lã (para

velocidades até 30 m/s) e várias substâncias sintéticas ou naturais 18


1. Conceitos gerais

As correias planas Estas

têm secção transversal

rectangular. rendimento

correias facultam alto

(próximo de 98%, quase tanto

quanto as transmissões por engrenagens).

As correias planas podem ser feitas de uma

ou mais (até 9) camadas de material flexível

como couro, tecido impregnado e intercalado com camadas de borracha, apenas tecido ou

apenas borracha ou ainda outras telas. A

largura de trabalho das correias planas varia de 20 a 500 milímetros.

19

1.1.1. Correias Planas

1. Conceitos gerais

Algumas correias planas têm um em revestimento numa das faces ou

ambas as faces, para aumentar o

de

o

coeficiente de atrito. Na montagem

transmissões por correias planas

ramal frouxo deve ser o ramal superior.

Assim, garante-se um melhor

abraçamento da correia na polia. Nas transmissões por correias planas com

grandes distâncias interaxiais podem ramal formar-se

frouxo. flechas notórias no

20

1.1.1. Correias Planas

1. Conceitos gerais A secção transversal de uma correia trapezoidal tem a forma de

trapézio. A cunha formada pelos lados inclinados do trapézio é utilizada para aumentar grandemente a força de atrito e, consequentemente, a

capacidade de transmitir energia, sem aumento correspondente das

têm

criar

forças para esticar grande

a correia. As isso

correias trapezoidais

relativamente altura e por são mais propensas a

tensões de flexão.

Esta desvantagem é compensada pelo uso de materiais com baixo

módulo de elasticidade (borracha) e associado ao uso de camadas de

carga com pequena espessura ou reentrâncias cavadas na superfície

inferior da correia, na forma de dentes que não engrenam com nenhuma superfície. 21

1.1.2. Correias Trapezoidais

1. Conceitos gerais

Em muitas circunstâncias, montam-se várias

correias trapezoidais de pequena espessura

numa polia, lado-a-lado, de modo a reduzir os

inconvenientes do uso de uma só correia com

grande secção transversal de grande altura.

O rendimento das transmissões por correias

trapezoidais é relativamente menor por

que o

rendimento das transmissões correias

planas. Porém, depois das transmissões por

engrenagens, as transmissões por correias

trapezoidais são as mais divulgadas. 22

1.1.2. Correias Trapezoidais

1. Conceitos gerais Este tipo de correias tem secção transversal de

pequena altura, com fios de aço (ou outros fios de

grande resistência à rotura) no seu interior para

seu

tem

suportar as forças Uma

que surgem no

funcionamento. das faces da correia

saliências perpendiculares à linha do comprimento

da correia, que se encaixam nas reentrâncias

equivalentes das polias. Estas saliências formam os "dentes" de onde deriva o nome da correia.

As correias dentadas têm altíssima resistência à fadiga e podem funcionar com segurança durante

longo tempo, mesmo condições de alta

temperatura, humidade e presença de óleos, como

acontece nos motores de combustão interna de

automóveis. 23

redondas

1.1.3. Correias Dentadas

1. Conceitos gerais Devido à ausência de deslizamento entre a correia e

as polias é possível obter uma relação de

que

não

o no

transmissão constante. Devido aos fios de aço servem de reforço, as correias dentadas quase

sofrem nenhum alongamento durante elásticas funcionamento, isto é, elas não são

sentido do seu comprimento.

Assim, é possível usá-las em instalações nas quais a distância interaxial é fixa. Assim, não é preciso ter

uma distância interaxial regulável e não é preciso

regular a tensão da correia periodicamente. Não é

necessário transmitir

ter as

um grande aperto prévio para há cargas de trabalho pois não

necessidade de criar forças de atrito. 24

1.1.3. Correias Dentadas

1. Conceitos gerais A constituição típica de uma polia comporta uma

coroa (onde assenta a correia), o cubo (onde se

instala o veio) entre o cubo e

e o disco ou braços, que se situam a coroa. Devido às altas velocidades

das correias, as polias não só devem ter um

elevado coeficiente de atrito como também outras

características.

As polias são fabricadas de diversos materiais,

destacando-se o aço, o ferro-fundido, ligas leves e

plásticos.

quando

reduzido.

As se

ligas leves e os plásticos usam-se

pretendem construções com peso

25

1.2.Polias

1. Conceitos gerais As polias de plástico são fáceis de produzir e são

leves mas, em contrapartida, têm baixa

condutibilidade térmica, o que piora a dissipação do

calor produzido na zona de trabalho, podendo

provocar o aquecimento exagerado da correia e

consequente redução da sua vida útil. As polias para

correias planas têm coroas planas ou ligeiramente

abauladas.

O abaulamento das polias facilita a auto-centragem

das correias. As coroas das transmissões por correia

plana com

de forma a

da coroa.

velocidades altas podem ser perfuradas, permitir a passagem de ar para o interior

26

1.2.Polias

1. Conceitos gerais

Assim, reduz-se o efeito da compressão do ar na

zona de entrada da correia para a polia. Quando

o ar é comprimido tende a reduzir a aderência da

correia sobre a polia e também tende a reduzir o

ângulo de abraçamento, o que resulta numa

ligeira redução da capacidade de carga.

As coroas das polias para correias trapezoidais, redondas ou trapezoidais múltiplas têm ranhuras

ao longo da superfície curva. As linhas dos

centros geométricos das secções transversais

das ranhuras localiza-se em planos radiais. É

nestas ranhuras que se encaixa a correia. 27

1.2.Polias

1. Conceitos gerais

A capacidade de carga e o tempo de vida (longevidade) das

transmissões por correia dependem dos dispositivos para garantir a tensão inicial da correia σ0. Esta provém do esforço prévio, F0.

Quando as transmissões que têm regime de carga variável

funcionam com baixa carga, a tensão inicial é demasiada.

Isto diminui o tempo de vida e o rendimento da transmissão. Por que este motivo, é aconselhável utilizar dispositivos tensores

regulam o esforço F0 em função da carga.

28

1.3. Métodos para garantir a tensão inicial das correias

1. Conceitos gerais Para garantir tensão suficiente e/ou aumentar a: o dispositivos de estiramento

o arco de contato, pode-se recorrer

polias tensoras, estiradores, fixas ou oscilantes o o Etc.

29

1.3. Métodos para garantir a tensão inicial das correias

2. Características Geométricas

O cálculo principal da transmissão por correia baseia-se na capacidade

de transmitir a potência desejada. A longevidade (ou durabilidade) da correia é verificada como cálculo testador e tem carácter condicional.

Os parâmetros cinemáticos das transmissões por correia são similares

aos das transmissões por rodas polias são respectivamente:

de atrito. as velocidades periféricas das

30

2.1. Parâmetros cinemáticos das transmissões por correia


Considerando o deslizamento da correia sobre as polias pode-se concluir

que a velocidade na polia movida é menor que a velocidade na polia

motriz, o que pode ser escrito como v2 < v1 ou na forma:

ε - é o coeficiente de deslizamento, abordado expressão

adiante A relação de

transmissão real é descrita por uma que tem em conta a

existência de deslizamento:

31

2.1. Parâmetros cinemáticos das transmissões por correia


O valor do coeficiente de deslizamento ε depende da carga. Por isso, a relação de transmissão nas transmissões por correia não é

estritamente constante. Durante o funcionamento normal, os

valores do coeficiente de deslizamento são ε ≈ 0,01...0,03. Como

os valores de ε são pequenos, é permissível a seguinte

aproximação:

32

2.2. Parâmetros geométricos de uma transmissão por correia

2. Características Geométricas Os parâmetros geométricos de uma transmissão por correia são: a distância

interaxial, o ângulo entre os ramais da correia e o ângulo de abraçamento da

correia sobre a polia menor

33 transmissão aberta





33 transmissão aberta





34 transmissão cruzada


3. Esforços actuantes nas transmissões As correias estão submetidas basicamente a dois tipos de tensões: ao tracionamento e tensão devido à flexão da correia em torno da

tensão devido

polia. A figura

tracionamento 1.10 mostra a configuração da força normal (N) resultante do

inicial, que origina a força de atrito (μ.N) necessária à transmissão, tanto para

correias planas (a) como para trapezoidais (b).

35

3. Esforços actuantes nas transmissões Algumas definições,

análises baseadas

e na

figura , serão agora feitas.

Fi = carga inicial ou pré-

carga F1 = força no ramo tenso

F2 = força no ramo frouxo

R = resultante na correia -

carga útil, carga transmitida

36

3. Esforços actuantes nas transmissões

37

3.1. Carga Inicial - Fi


38

3.2. Análise da Relação Entre as Cargas nos Ramos da Correia (F1 e F2)


39



A equação [4] é denominada

equação correias.

fundamental das

Essa equação

representa,

demais

constantes,

considerando os parâmetros

a relação

máxima entre as forças F1 e

F2 que a correia pode operar

sem deslizamento. Para a correias trapezoidais

equação [4] torna-se:

40



41

3.3. Análise da Força Centrífuga - Fc


42

3.4. Carga Devido à Flexão da Correia


42

3.4. Carga Devido à Flexão da Correia

4. Exemplo 1

43

Determine o comprimento das correias dos sistemas de transmissao ao lado.

4. Exemplo 1

43

Determine a força que actua no veio e o comprimento da correia plana necessário para o sistema representado na figura ao lado. Considere os seguintes dados: N1=1450 rpm N2=500 rpm P=7cv C=500 mm V=12m/s Coeficiente de atrito igual a 0,7

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