Acionamentos por correia e sua classificação | Transmissão de energia | Engenharia mecânica

Transmissão de energia por correia é um dos métodos de transmissão mais comuns e universalmente utilizados quando dois eixos são paralelos (até 10 m) um ao outro, como mostrado na Fig. 9.1. Um acionamento por correia consiste de dois eixos paralelos e uma polia é montada em cada eixo.

Uma correia sem fim percorre a superfície da polia. Pode haver deslizamento entre elas e, portanto, não pode ser chamado de acionamento positivo. Quando a correia passa sobre a polia, há sempre um atrito que actua entre a superfície da polia e a superfície da correia no sentido oposto ao do movimento. A correia transmite potência apenas por fricção. O sistema de acionamento por correia pode ser usado para uma longa distância entre o centro e o centro do eixo. Para uma transmissão eficaz, o atrito entre a superfície da polia e a superfície da correia deve ser o mais alto possível.

Como é bem conhecido, na maioria dos sistemas o atrito não é um fenômeno desejável e deve ser o mínimo possível.

1. Acionamento por correia plana:

Um cinto é uma faixa fina feita de couro, borracha sintética, lona, ou fio embutido em borracha ou balata. Estas cintas são feitas planas e rectangulares em secção transversal. As correias são feitas sem fim unindo as duas extremidades da correia por pinos ou costura, como mostrado na Fig. 9.2.

O sistema pode ser aplicável para accionamento individual ou em grupo. O acionamento por correia individual pode ser usado quando cada máquina terá seu próprio motor elétrico. No caso de acionamento em grupo, um motor de alta capacidade aciona um eixo suspenso chamado eixo principal ou eixo vivo e o eixo principal aciona outro eixo chamado eixo contador que aciona outro eixo da máquina.

A potência de rotação da polia motriz para a polia motriz é transmitida devido ao atrito entre a superfície da correia e a superfície da polia. A correia terá dois lados, um lado estará em tensão chamada lado de tensão onde como o outro lado estará em menor tensão chamada lado frouxo como mostrado na Fig. 9.3.

O lado de tensão (T1) e o lado frouxo (T2) da correia dependem do sentido de rotação da polia motriz.

Vantagens e desvantagens das correias planas:

Vantagens:

i. Método simples, arranjo universalmente utilizado, a operação é suave se a correia for de tamanho adequado.

ii. Baixo custo de manutenção e longa vida útil.

iii. A flexibilidade é mais.

iv. O nível de choque é menor.

v. Adequado para dois veios paralelos.

vi. Adequado para longas distâncias entre dois eixos centro a centro.

Desvantagens:

i. A correia sem fim é feita pela união das duas extremidades por pinos. A cinta tende a ficar danificada perto das articulações, o que reduz a sua vida útil. Isto pode exigir a substituição periódica da correia.

ii. O sistema não é adequado para eixos de curta distância.

iii. A eficiência é menor devido ao deslizamento e à deformação, se o tamanho da correia não for adequado.

iv. O sistema não é um acionamento positivo.

A disposição plana das correias pode ser de dois tipos:

(a) Acionamento por correia plana aberta e

(b) Acionamento por correia plana cruzada.

(a) Acionamento por correia plana aberta:

Figure 9.3 mostra uma disposição de acionamento por correia plana aberta. Há duas roldanas montadas em dois eixos paralelos. Uma correia plana passa sobre a polia reta. A correia continua correndo na mesma direção. Este arranjo é mais adequado quando a distância de centro a centro dos dois eixos é grande e ambos os lados da correia estão paralelos um ao outro. A polia A é a polia do condutor e a polia B é acionada e a rotação de ambos A e B é no sentido horário. A parte inferior da correia é o lado apertado com tensão T1 e o lado superior da correia é o lado frouxo com tensão T2, de modo que T1 > T2.

(b) Arranjo da correia plana transversal:

A disposição de uma cinta plana cruzada é mostrada na Fig. 9.4. É usada quando dois eixos estão paralelos um ao outro, mas devem ser girados em direção oposta. O eixo da polia motriz A é girado no sentido horário enquanto que o eixo da polia motriz B é girado no sentido anti-horário. A distância centro a centro de dois eixos é L.

Neste sistema de acionamento, há um ponto de junção onde as correias se cruzam e terão desgaste devido ao efeito de fricção constante durante a operação. Este efeito é contínuo. No entanto, os efeitos de fricção podem ser evitados aumentando a distância de centro a centro igual a 20 vezes a largura da correia. Tal sistema é considerado adequado quando o sistema é operado a baixa velocidade.

Deslizamento da correia:

No caso de a resistência ao atrito entre a superfície do aro da polia e a superfície da correia ser menor, ocorre uma diferença no movimento relativo entre ambas as superfícies, o que é conhecido como deslizamento da correia. O deslizamento da correia pode ser calculado como a diferença entre a velocidade linear da superfície do aro da polia e a superfície da correia. O método habitual deve ser medido como percentagem.

Deslizamento da correia é causado pelas seguintes razões:

(a) Corrida contínua da correia, a superfície do aro da polia torna-se muito lisa,

(d) Diminuição do coeficiente de atrito entre as duas superfícies.

(c) Aumento do comprimento da correia, devido ao funcionamento constante.

(d) Grande diferença na tensão do lado apertado (T1) e do lado frouxo (T2).

Criep in Belt Drive:

Criep é causado devido à presença do movimento relativo de uma correia ou polia. É devido ao aumento do comprimento da correia. Durante a operação, há um movimento contínuo da correia ou polia e há uma contração e alongamento alternado da correia. Portanto, há uma perda de energia. Devido a rastejamento na correia, pode ser transferida menos energia efetiva e, portanto, ocorre uma diminuição na relação de velocidade.

Polia de jockey/Polia média:

Uma pequena polia que é colocada no lado frouxo da correia e mais próxima da polia conduzida B é chamada de polia de jockey como mostrado na Fig. 9.5. A polia C é a polia do jockey e também é chamada de polia de marcha lenta.

Polia de marcha lenta são as vantagens e desvantagens de uma polia de marcha lenta:

(a) Aumenta a tensão T2 no lado frouxo da correia.

(b) Aumenta o ângulo de contacto.

(c) Reduz o deslizamento.

(d) Aumenta a eficácia da transmissão de potência.

(e) Reduz a vida útil da correia devido ao aumento da tensão lateral frouxa pela colocação da polia do jockey.

Sistema de polias escalonadas:

No caso de um sistema de polias escalonadas, uma única polia é feita em três passos como mostrado na Fig. 9.6(a). Ela é feita de ferro fundido. Duas dessas polias são montadas em dois eixos paralelos como mostrado na Fig. 9.6(b).

Na Fig. 9.6(b), A é o eixo motor e B é o eixo motor. Os eixos são colocados paralelamente uns aos outros e estão tão alinhados que a polia maior de A cai exatamente oposta à polia menor de polia acionada B. O diâmetro de todos os passos de A e B são tão ajustados que a mesma correia pode ser usada. O arranjo é útil para alterar a relação de velocidade deslocando a correia de um degrau para outro. s vezes, o sistema pode ser usado com uma polia de quatro degraus em vez de uma polia de três degraus.

Polia de Cone Arranjo:

Neste tipo de arranjo de polias, há dois eixos montados com longa frustração de cone como mostrado na Fig. 9.7(a) e são mantidos paralelos um ao outro, mas colocados em direção oposta. Um arranjo completo de polias cônicas foi mostrado na Fig. 9.7(b).

Em tal arranjo, A é o eixo motor e B é o eixo motor. Uma correia plana percorre a superfície da frustração do cone em uma determinada posição, de acordo com a relação de velocidade desejada. Há uma alavanca de correia “C” no meio deles. A correia pode ser deslocada para variar a relação de velocidade de uma forma apropriada. O arranjo é muito útil e comumente usado em trabalhos de torno de torneamento de madeira.

Sistema de Acionamento por Correia Completo:

Na disposição de acionamento por correias compostas, um determinado eixo suporta duas ou mais polias. Tal arranjo é mostrado nas Figs. 9.8(a) e 9.8(b).

Como mostrado nas Figs. 9.8(a) e 9.8(b), para a combinação A-B, A é a polia motriz e B é a polia motriz. Para a combinação C-D, C é a polia motriz e D é a polia motriz. Quando se deseja obter a máxima redução da velocidade, o conjunto de acionamento por correia composta é considerado o método mais importante. Ele elimina a polia acionada maior.

Nesta combinação, as polias B e C são as polias compostas, ou seja, a polia C é encaixada no mesmo eixo em que se encontra a polia B. D é outra polia. Uma correia passa sobre A-B e outra correia passa sobre C-D. A velocidade da polia B (nb) e da polia C (nc) é a mesma, i.e., nb = nc.

A velocidade da polia D (nd) pode ser calculada como:

Onde na, nb, nc e da, db, dc são a velocidade e o diâmetro das polias A, B e C, respectivamente; t é a espessura da correia.

Polia Rápida e Solta:

Em uma oficina bem organizada, várias máquinas são acionadas por um único eixo motor principal (conhecido como eixo de linha) e muitas vezes uma máquina deve ser parada ou operada com freqüência. A fim de parar uma máquina, o eixo principal deve ser parado, o que dificulta o trabalho de outras máquinas. No entanto, este problema pode ser eliminado com a introdução da técnica como indicado na Fig. 9.9.

O arranjo facilita o funcionamento ou paragem da máquina de acordo com a nossa necessidade. A figura 9.9 mostra que a potência é transmitida da polia motriz A para a polia rápida B por meio do acionamento por correia. O eixo da polia rápida é conectado com a máquina a ser parada. Adjacente a isto, existe uma polia livre/polia solta que está livre no eixo e gira livremente.

Se a correia é deslocada por meio do acionamento da correia para a polia solta, que está girando livremente, a rotação rápida da polia é interrompida, parando assim a rotação do eixo da máquina. A correia continua a funcionar, mas a polia rápida fica livre e a máquina pára rapidamente.

Symbols e Fórmulas a serem usadas para Correia Plana:

Como mostrado na Fig. 9.10, vamos assumir A e B como duas roldanas.

da = Diâmetro da polia motriz, m

db = Diâmetro da polia motriz, m

ra = Raio da polia motriz

rb = Raio da polia motriz

na = Velocidade da polia motriz, rpm

nb = Velocidade da polia motriz, rpm

m = Massa/comprimento da correia (kg/m)

θa = Ângulo de contato na polia A

θb = Ângulo de contato na polia B

L = Distância do centro entre a polia de acionamento e a polia acionada

L0 = Comprimento da correia em acionamento por correia aberta

Lc = Comprimento da correia em cruztracção

T1 = Tensão lateral apertada

T2 = Tensão lateral frouxa

T = Tensão máxima na correia = T1 + T2

T0 = Tensão inicial na correia = (T1 + T2)/2

Tc = Tensão centrífuga = mv2

Tco = Tensão inicial considerando a tensão centrífuga

= (T1 + T2 + 2Tc )/2

T1 – T2= Tensão líquida ou efectiva na correia

b = Largura da correia, m

t = Espessura da correia

v = Velocidade da correia (m/s)

ωa = Velocidade angular da polia motriz = 2Πna

ωb = Velocidade angular da polia motriz = 2Πnb

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

2. Acionamento por correia trapezoidal:

As correias V são encontradas muito adequadas para sistemas de transmissão de alta potência. A seção transversal de uma correia trapezoidal é feita trapezoidal como mostrado na Fig. 9.11. Ela é moldada de borracha pura / borracha sintética com material fibroso, tais como cordas de nylon que têm resistência fibrosa. As correias trapezoidais são estruturadas como um loop infinito de comprimento limitado pelos fabricantes, dependendo do sistema em consideração.

A correia trapezoidal firmemente encaixada e rodar em uma polia com ranhuras em V para transmitir alto torque foi mostrado na Fig. 9.12. Como pode ser visto, duas superfícies da correia trapezoidal estão em contacto com a superfície da ranhura em V, melhorando assim as forças de atrito entre a correia e a polia. A eficácia da transmissão é muito melhorada neste sistema.

Devido a grandes forças de atrito, o desgaste da correia em V aumenta, o que causa uma redução da vida útil da correia. Os fabricantes estão a fabricar as correias trapezoidais em diferentes tamanhos de acordo com a necessidade. Quando uma correia trapezoidal é usada para a transmissão de energia, a polia é modificada fornecendo uma ranhura tipo cunha, de modo que a correia trapezoidal possa funcionar na ranhura.

Figure 9.13(a) mostra uma polia de correia trapezoidal que transmite potência com uma única correia trapezoidal e a Fig. 9.13(b) mostra transmissão de potência com três correias trapezoidais. No “acionamento por correias trapezoidais múltiplas”, mesmo que uma correia falhe, as outras correias podem transmitir potência.

A correia trapezoidal tem as seguintes características:

(a) As correias trapezoidais são usadas para a transmissão de grandes potências.

(b) O número de correias trapezoidais usadas na mesma polia depende da potência a ser transferida.

(c) Uma correia trapezoidal pode ser usada para pequenas distâncias de centro a centro em comparação com uma correia plana.

(d) O deslizamento é completamente inexistente em comparação com a correia plana.

(e) Pode ser usada em qualquer posição e em qualquer direção; mesmo o eixo do eixo pode ser inclinado.

(f) A instalação da correia trapezoidal é fácil.

(g) A substituição da correia trapezoidal é fácil.

(h) Uma correia trapezoidal é muito eficaz e ocupa menos espaço.

Limitações da correia trapezoidal:

(a) A vida de uma correia trapezoidal é curta devido ao desgaste.

(b) Não é tão durável.

(c) A fabricação da correia trapezoidal é complicada e requer uma técnica especial.

(d) Se a correia trapezoidal for danificada, a substituição é a única alternativa que expande o custo.

(e) As correias trapezoidais podem ser usadas dentro do intervalo de velocidade de 5-50 m/s.

(f) Em caso de substituição de correias, se uma correia for danificada, todas as correias do mesmo conjunto devem ser substituídas.