Transmisión por correa y su clasificación | Transmisión de potencia | Ingeniería mecánica

La transmisión de potencia por correa es uno de los métodos más comunes y universalmente utilizados de sistema de transmisión cuando dos ejes son paralelos (hasta 10 m) entre sí como se muestra en la Fig. 9.1. Una transmisión por correa consta de dos ejes paralelos y una polea montada en cada eje.

Una correa sin fin corre sobre la superficie de la polea. Puede haber deslizamiento entre ellos y por lo tanto no puede ser llamado como una unidad positiva. Cuando la correa corre sobre la polea, siempre hay una fricción que actúa entre la superficie de la polea y la superficie de la correa en la dirección opuesta del movimiento. La correa transmite la potencia sólo por fricción. El sistema de transmisión por correa puede utilizarse para distancias largas de centro a centro del eje. Para una transmisión efectiva, la fricción entre la superficie de la polea y la superficie de la correa debe ser lo más alta posible.

Como es bien sabido, en la mayoría de los sistemas la fricción no es un fenómeno deseable y debe ser la mínima posible.

1. Accionamiento por correa plana:

Una correa es una banda delgada hecha de cuero, caucho sintético, lona o hilo incrustado en caucho o balata. Estas correas se hacen planas y de sección transversal rectangular. Los cinturones se hacen interminables uniendo los dos extremos del cinturón mediante pasadores o costuras, como se muestra en la Fig. 9.2.

El sistema puede ser aplicable para accionamiento individual o en grupo. El accionamiento individual por correa se puede utilizar cuando cada máquina tendrá su propio motor eléctrico. En caso de accionamiento en grupo, un motor de gran capacidad acciona un eje superior llamado eje principal o eje vivo y el eje principal acciona otro eje llamado contraeje que acciona otro eje de la máquina.

La potencia de rotación de la polea motriz a la polea conducida se transmite debido a la fricción entre la superficie de la correa y la superficie de la polea. La correa tendrá dos lados, un lado estará en tensión llamado lado de la tensión mientras que el otro lado estará en menor tensión llamado lado de la holgura como se muestra en la Fig. 9.3.

El lado de tensión (T1) y el lado de holgura (T2) de la correa dependen del sentido de giro de la polea motriz.

Ventajas y desventajas de las correas planas:

Inventajas:

i. Método sencillo, disposición de uso universal, el funcionamiento es suave si la cinta es de tamaño adecuado.

ii. Bajo coste de mantenimiento y larga vida útil.

iii. La flexibilidad es mayor.

iv. El nivel de choque es menor.

v. Adecuado para dos ejes paralelos.

vi. Adecuado para largas distancias entre dos ejes centrados.

Desventajas:

i. La correa sin fin se hace uniendo los dos extremos mediante pasadores. La correa tiende a dañarse cerca de las uniones, lo que reduce su vida útil. Esto puede requerir la sustitución periódica de la correa.

ii. El sistema no es adecuado para el eje de corta distancia.

iii. La eficiencia es menor debido al deslizamiento y la fluencia, si el tamaño de la correa no es el adecuado.

iv. El sistema no es un accionamiento positivo.

La disposición de las correas planas puede ser de dos tipos:

(a) Accionamiento por correa plana abierta y

(b) Accionamiento por correa plana cruzada.

(a) Accionamiento por correa plana abierta:

La figura 9.3 muestra una disposición de transmisión por correa plana abierta. Hay dos poleas montadas en dos ejes paralelos. Una correa plana pasa por encima de la polea en línea recta. La correa sigue corriendo en la misma dirección. Esta disposición es la más adecuada cuando la distancia entre centros de los dos ejes es grande y ambos lados de la correa son paralelos entre sí. La polea A es la polea motriz y la B es la polea conducida y la rotación tanto de A como de B es en el sentido de las agujas del reloj. La parte inferior de la correa es el lado tenso con tensión T1 y el lado superior de la correa es el lado flojo con tensión T2 de tal manera que T1 > T2.

(b) Disposición de la correa plana transversal:

La disposición de una correa plana transversal se muestra en la Fig. 9.4. Se utiliza cuando dos ejes son paralelos entre sí pero deben girar en sentido contrario. El eje de la polea motriz A gira en el sentido de las agujas del reloj, mientras que el eje de la polea conducida B gira en el sentido contrario. La distancia de centro a centro de los dos ejes es L.

En este sistema de accionamiento, hay un punto de unión en el que las correas se cruzan entre sí y tendrán un desgaste debido al efecto de roce constante durante el funcionamiento. Este efecto es continuo. Sin embargo, los efectos de rozamiento pueden evitarse aumentando la distancia de centro a centro igual a 20 veces la anchura de la correa. Este sistema se considera adecuado cuando el sistema funciona a baja velocidad.

Deslizamiento de la correa:

En caso de que la resistencia a la fricción entre la superficie del borde de la polea y la superficie de la correa sea menor, se produce una diferencia en el movimiento relativo entre ambas superficies que se conoce como deslizamiento de la correa. El deslizamiento de la correa puede calcularse como la diferencia entre la velocidad lineal de la superficie de la llanta de la polea y la superficie de la correa. El método habitual es medirlo en porcentaje.

El deslizamiento de la correa se debe a las siguientes razones:

(a) El funcionamiento continuo de la correa, la superficie de la llanta de la polea se vuelve muy lisa,

(d) Disminución del coeficiente de fricción entre las dos superficies.

(c) Aumento de la longitud de la correa debido al funcionamiento constante.

(d) Gran diferencia en la tensión del lado tenso (T1) y el lado flojo (T2).

Desplazamiento en la transmisión de la correa:

La fluencia se produce debido a la presencia del movimiento relativo de una correa o polea. Se debe al aumento de la longitud de la correa. Durante el funcionamiento, hay una carrera continua de la correa o polea y hay una contracción y estiramiento alternativo de la correa. Por lo tanto, hay una pérdida de potencia. Debido a la fluencia de la correa, se puede transferir menos potencia efectiva y, por lo tanto, se produce una disminución de la relación de velocidad.

Polea jockey/polea loca:

Una pequeña polea que se coloca en el lado flojo de la correa y más cerca de la polea conducida B se llama polea jockey como se muestra en la Fig. 9.5. La polea C es la polea jockey y también se llama polea loca.

Las siguientes son las ventajas y desventajas de una polea loca:

(a) Aumenta la tensión T2 en el lado flojo de la correa.

(b) Aumenta el ángulo de contacto.

(c) Reduce el deslizamiento.

(d) Aumenta la eficacia de la transmisión de potencia.

(e) Reduce la vida útil de la correa debido al aumento de la tensión lateral floja por la colocación de la polea jockey.

Sistema de poleas dentadas:

En el caso de un sistema de polea escalonada, una sola polea se hace en tres pasos como se muestra en la Fig. 9.6(a). Está hecha de hierro fundido. Dos de estas poleas se montan en dos ejes paralelos como se muestra en la Fig. 9.6(b).

En la Fig. 9.6(b), A es el eje conductor y B es el eje conducido. Los ejes están colocados en paralelo y están alineados de tal manera que la polea más grande de A cae justo enfrente de la polea más pequeña de la polea conducida B. El diámetro de todos los pasos de A y B están ajustados de tal manera que se puede utilizar la misma correa. Esta disposición es útil para cambiar la relación de velocidad desplazando la correa de un escalón a otro. A veces, el sistema puede utilizarse con una polea de cuatro pasos en lugar de una polea de tres pasos.

Disposición de la polea de cono:

En este tipo de arreglo de poleas, hay dos ejes montados con frustraciones largas de cono como se muestra en la Fig. 9.7(a) y se mantienen paralelos entre sí, pero colocados en dirección opuesta. En la Fig. 9.7(b) se muestra una disposición completa de la polea cónica.

En dicha disposición, A es el eje motriz y B es el eje conducido. Una correa plana recorre la superficie del cono en una posición determinada según la relación de velocidad deseada. Entre ambos hay un desplazador de correa «C». La correa se puede desplazar para variar la relación de velocidad de forma adecuada. La disposición es muy útil y se utiliza comúnmente en los trabajos de torneado de madera.

Sistema de transmisión por correa compuesta:

En la disposición de transmisión por correa compuesta, un eje particular sostiene dos o más poleas. Tal disposición se muestra en las Figs. 9.8(a) y 9.8(b).

Como se muestra en las Figs. 9.8(a) y 9.8(b), para la combinación A-B, A es la polea motriz y B es la polea conducida. Para la combinación C-D, C es la polea motriz y D es la polea conducida. Cuando se desea una reducción máxima de la velocidad, el conjunto de transmisión por correa compuesta se considera el método más importante. Elimina la polea motriz más grande.

En esta combinación, la polea B y C son las poleas compuestas, es decir, la polea C está enchulada en el mismo eje en el que está la polea B. D es otra polea. Una correa pasa por A-B y otra por C-D. La velocidad de la polea B (nb) y de la polea C (nc) es la misma, es decir, nb = nc.

La velocidad de la polea D (nd) se puede calcular como:

donde na, nb, nc y da, db, dc son la velocidad y el diámetro de las poleas A, B y C, respectivamente; t es el espesor de la correa.

Polea rápida y floja:

En un taller bien organizado, varias máquinas son accionadas por un solo eje motriz principal (conocido como eje de línea) y muy a menudo una máquina debe detenerse o funcionar con frecuencia. Para detener una máquina, hay que parar el eje principal de accionamiento, lo que dificulta el trabajo de otras máquinas. Sin embargo, este problema puede eliminarse introduciendo la técnica indicada en la Fig. 9.9.

La disposición facilita que la máquina funcione o se detenga según nuestra necesidad. La figura 9.9 muestra que la potencia se transmite de la polea motriz A a la polea rápida B por medio de la transmisión por correa. El eje de la polea rápida está conectado con la máquina que se va a detener. Adyacente a ésta, hay una polea libre/suelta que está libre en el eje y gira libremente.

Si la correa se desplaza mediante el desplazador de correa a la polea libre, que gira libremente, la rotación de la polea rápida se detiene, deteniendo así la rotación del eje de la máquina. La correa sigue funcionando pero la polea rápida queda libre y la máquina se detiene rápidamente.

Símbolos y fórmulas a utilizar para la correa plana:

Como se muestra en la Fig. 9.10, supongamos que A y B son dos poleas.

Entonces,

da = Diámetro de la polea motriz, m

db = Diámetro de la polea conducida, m

ra = Radio de la polea motriz

rb = Radio de la polea conducida

na = Velocidad de la polea motriz, rpm

nb = Velocidad de la polea conducida, rpm

m = Masa/longitud de la correa (kg/m)

θa = Ángulo de contacto en la polea A

θb = Ángulo de contacto en la polea B

L = Distancia central entre la polea motriz y la conducida

L0 = Longitud de la correa en transmisión abierta

Lc = Longitud de la correa en transmisión transversal

Lc = Longitud de la correa en transmisión transversal

T1 = Tensión del lado tenso

T2 = Tensión del lado flojo

T = Tensión máxima en la correa = T1 + T2

T0 = Tensión inicial en la correa = (T1 + T2)/2

Tc = Tensión centrífuga = mv2

Tco = Tensión inicial considerando la tensión centrífuga

= (T1 + T2 + 2Tc )/2

T1 – T2= Tensión neta o efectiva en la correa

b = Ancho de la correa, m

t = Espesor de la correa

v = Velocidad de la correa (m/s)

ωa = Velocidad angular de la polea motriz = 2Πna

ωb = Velocidad angular de la polea conducida = 2Πnb

P = Potencia transmitida (kW) = (T1 – T2)v/1000

2. Accionamiento por correa trapezoidal:

Las correas trapezoidales son muy adecuadas para los sistemas de transmisión de alta potencia. La sección transversal de una correa trapezoidal se hace como se muestra en la Fig. 9.11. Se moldea a partir de caucho puro/caucho sintético con material fibroso, como las cuerdas de nylon que soportan la carga y que tienen una resistencia fibrosa. Las correas trapezoidales son estructuradas como un bucle sin fin de una longitud limitada por los fabricantes dependiendo del sistema considerado.

En la Fig. 9.12 se muestra una correa trapezoidal ajustada y colocada en una polea de ranura en V para transmitir un par elevado. Como puede verse, dos superficies de la correa trapezoidal están en contacto con la superficie de la ranura en V, mejorando así las fuerzas de fricción entre la correa y la polea. La eficacia de la transmisión mejora mucho en este sistema.

Debido a las grandes fuerzas de fricción, el desgaste de la correa trapezoidal aumenta, lo que provoca una reducción de la vida útil de la correa. Los fabricantes fabrican correas trapezoidales de diferentes tamaños según las necesidades. Cuando se utiliza una correa trapezoidal para la transmisión de potencia, la polea se modifica proporcionando una ranura de tipo cuña, de modo que la correa trapezoidal pueda funcionar en la ranura.

La figura 9.13(a) muestra una polea trapezoidal que transmite potencia con una sola correa trapezoidal y la figura 9.13(b) muestra la transmisión de potencia con tres correas trapezoidales. En la «transmisión con varias correas trapezoidales», incluso si una correa falla, las otras correas pueden transmitir potencias.

Una correa trapezoidal tiene las siguientes características:

(a) Las correas trapezoidales se utilizan para la transmisión de grandes potencias.

(b) El número de correas trapezoidales utilizadas en la misma polea depende de la potencia a transferir.

(c) Una correa trapezoidal puede utilizarse para una pequeña distancia entre centros en comparación con una correa plana.

(d) El deslizamiento está completamente ausente en comparación con la correa plana.

(e) Puede utilizarse en cualquier posición y dirección; incluso el eje del árbol puede estar inclinado.

(f) La instalación de la correa trapezoidal es fácil.

(g) La sustitución de la correa trapezoidal es fácil.

(h) La transmisión por correa trapezoidal es muy eficaz y ocupa menos espacio.

Limitaciones de la correa trapezoidal:

(a) La vida de una correa trapezoidal es corta debido al desgaste.

(b) No es tan duradera.

(c) La fabricación de una correa trapezoidal es complicada y requiere una técnica especial.

(d) Si la correa trapezoidal se daña, la única alternativa es su sustitución, lo que aumenta el coste.

(e) Las correas trapezoidales pueden utilizarse dentro del rango de velocidad de 5-50 m/s.

(f) En caso de sustitución de correas, si se daña una correa, es necesario sustituir todas las correas del mismo conjunto.