O guia definitivo para transmissão por correia: maximizando a eficiência e o desempenho

O que é acionamento por correia?

Uma transmissão por correia é um tipo de transmissão mecânica que transmite movimento e potência do eixo de transmissão para o eixo acionado por meio de um componente flexível intermediário – a correia de transmissão. É comumente usado em cenários onde os dois eixos estão relativamente distantes um do outro.

Em comparação com outras transmissões mecânicas, o acionamento por correia possui uma estrutura mais simples e menor custo, tornando-se uma forma de transmissão mecânica amplamente aplicada.

1. Princípio de funcionamento da transmissão por correia

A transmissão por correia normalmente consiste em uma polia motriz, uma polia acionada, uma correia de transmissão firmemente ajustada sobre as duas polias e uma estrutura da máquina, conforme mostrado na figura 8-1.

1- Polia motriz
2- Polia acionada
3- Correia de transmissão

2. Tipos de acionamentos por correia

Os acionamentos por correia podem ser classificados em tipos de fricção e de malha de acordo com seus princípios de acionamento. Este artigo discute principalmente questões relacionadas aos acionamentos por correia de fricção.

2.1. Os acionamentos por correia de fricção operam transmitindo movimento e potência por meio da força de atrito gerada entre a correia de acionamento, que se ajusta firmemente à polia, e a superfície de contato da polia. Com base no formato da seção transversal da correia de transmissão, elas podem ainda ser divididas em correias planas, correias em V, correias multicunhas e correias redondas.

2.1.1 A seção transversal de uma correia plana é retangular e sua superfície interna que entra em contato com a polia é a face de trabalho. É usado principalmente para transmissão de longa distância entre dois eixos paralelos girando na mesma direção.

2.1.2 A seção transversal de uma correia em V é trapezoidal, com os dois lados em contato com a ranhura da polia servindo como superfícies de trabalho. A ranhura da polia também é trapezoidal. A análise de força na superfície da cunha revela que sob condições iguais de tensão e coeficiente de atrito, a força de atrito gerada pela correia em V é maior que a da correia plana.

Portanto, a correia em V possui maior capacidade de transmissão e estrutura mais compacta, sendo amplamente utilizada em transmissão mecânica. Dependendo de sua largura e altura relativas, as correias em V podem ser divididas em tipos, como correias em V regulares, correias em V estreitas, correias em V largas, correias em V para automóveis, correias em V dentadas e correias em V de alto ângulo. cintos. Atualmente, as correias em V regulares são as mais utilizadas.

2.1.3 A correia multicunha, um híbrido de correia plana e correias em V múltiplas, combina as vantagens de ambas e é frequentemente usada em grandes sistemas de transmissão de energia onde uma estrutura compacta é necessária.

2.1.4 A seção transversal de uma correia redonda é circular e é usada apenas em transmissões de baixa velocidade e baixa potência, como máquinas de costura e instrumentos.

2.2 O acionamento por correia engrenada transmite movimento e potência engrenando os dentes da correia com os da polia. A transmissão por correia síncrona, conforme mostrado na Figura 8-3, é um exemplo típico.

Além de manter as vantagens da transmissão por correia de fricção, as correias síncronas também oferecem transmissão de alta potência, relações de transmissão precisas e são frequentemente usadas em situações que exigem transmissão suave e alta precisão, como em gravadores, misturadores de alimentos, máquinas-ferramentas CNC e máquinas têxteis. A seção transversal de uma correia síncrona é retangular, com a superfície interna da correia dentada.

Ao contrário da estrutura de uma correia com acionamento por fricção, a camada de resistência de uma correia síncrona é composta principalmente por cabos de aço, o que resulta em menos deformação sob carga. A borda da polia síncrona também é fabricada com um formato de dente evolvente correspondente à superfície interna da correia, produzido por meio de um processo de geração por ferramentas de corte de engrenagens evolventes. Portanto, as dimensões dos dentes da polia dependem do tamanho das ferramentas de corte utilizadas.

3. Características da transmissão por correia

A correia possui boa elasticidade, o que permite amortecer e absorver vibrações, garantindo uma transmissão suave com mínimo ruído. Durante a sobrecarga, o deslizamento entre a correia e a polia pode evitar danos a outras peças, atuando como forma de proteção de segurança. A estrutura da transmissão por correia é simples, fácil de fabricar, instalar e manter, com baixo custo.

Durante a operação, a correia de transmissão pode apresentar deslizamento elástico, de modo que a relação de transmissão não pode ser rigorosamente mantida. O tamanho do contorno da transmissão por correia é grande, resultando em menor eficiência de transmissão. Portanto, a transmissão por correia geralmente transmite potência ≤ 50 kW, com velocidades de correia de 5-25 m/s e uma relação de transmissão não superior a 5. A eficiência é de aproximadamente 0,92 – 0,97.

4. Deslizamento elástico e modos de falha no acionamento por correia

A correia de transmissão é um corpo elástico que se estica sob tensão, e a quantidade deste estiramento elástico varia de acordo com a magnitude da tensão. Durante a operação, a tensão do lado apertado (F1) excede a tensão do lado frouxo (F2), portanto o estiramento elástico no lado apertado é maior do que no lado frouxo.

4.1 Deslizamento elástico no acionamento por correia

O deslizamento elástico é um fenômeno único inerente às operações de transmissão por correia e é inevitável durante o processo de trabalho da correia de transmissão. Quando o lado tenso da correia de transmissão entra na polia motriz no ponto A, a velocidade da correia v é igual à velocidade circunferencial v1 da polia 1. Mas à medida que a polia 1 gira do ponto A para o ponto B, a força de tração experimentada pela correia de transmissão gradualmente diminui de F1 para F2, e sua extensão elástica também diminui. Em outras palavras, a correia de transmissão está encurtando gradualmente, causando um pequeno deslizamento relativo para trás ao longo da face da polia 1, resultando em uma velocidade da correia v que é menor que a velocidade circunferencial v1 da polia 1.

Da mesma forma, durante o processo em que a correia de transmissão aciona a polia acionada 2 para girar do ponto de entrada C para o ponto de saída D devido ao atrito, a força de tração na correia de transmissão aumenta gradualmente de F2 para F1, e a extensão elástica da correia de transmissão também aumenta. Isso significa que a correia de transmissão está se alongando gradualmente. Neste momento, ocorre um pequeno deslizamento relativo para frente na face da polia 2, fazendo com que a velocidade v da correia seja maior que a velocidade v2 da polia 2. O fenômeno de deslizamento da correia na superfície da polia devido à deformação elástica do acionamento cinto é conhecido como deslizamento elástico.

O deslizamento elástico pode causar desgaste na correia de transmissão, reduzindo consequentemente sua vida útil, e diminuindo a velocidade da polia acionada, o que afeta a relação de transmissão.

4.2 Modos de falha do acionamento por correia

Os principais modos de falha durante a operação de uma transmissão por correia são: deslizamento da correia na polia, desgaste da correia e falha por fadiga.

4.2.1 Deslizamento

Os acionamentos por correia operam com fricção. Quando a força de tensão inicial F₀ é constante, se a força circunferencial efetiva F exceder a força de atrito limite entre a correia e a superfície da roda, a correia experimentará um deslizamento óbvio e em grande escala na superfície da roda, um fenômeno conhecido como deslizamento.

Quando a correia apresenta deslizamento, embora a polia motriz continue a girar, tanto a polia acionada quanto a correia sofrem perda substancial de velocidade ou até mesmo param completamente. O deslizamento é um fenômeno prejudicial, pois causa falha na transmissão e agrava o desgaste da correia. Durante a operação normal, o deslizamento deve ser evitado.

Deslizamento elástico e deslizamento são dois conceitos distintos. Suas diferenças estão descritas na Tabela 8-1.

Tabela 8-1 Diferenças entre deslizamento elástico e escorregamento

4.2.2 Falha da Correia por Fadiga

A tensão na correia de transmissão varia conforme ela opera, formando uma tensão alternada. Quanto maior a velocidade de rotação e mais curta a correia, mais frequentemente a correia envolve a polia por unidade de tempo, levando a mudanças mais frequentes na tensão. Com o tempo, o efeito repetido da tensão alternada pode fazer com que a correia se deslamine e rasgue, levando à falha por fadiga, o que resulta em falha na transmissão.

5. Dispositivos de tensionamento para acionamentos por correia

A correia de transmissão, quando instalada na polia, deve ter uma certa tensão para garantir o funcionamento normal do acionamento por correia. Porém, após um período de operação, a deformação plástica da correia pode causar folga, reduzindo gradativamente a tensão inicial e diminuindo a capacidade de carga da correia.

Para controlar a tensão inicial da correia de transmissão e garantir a capacidade operacional do acionamento por correia, deve ser utilizado um dispositivo tensor adequado. Vários dispositivos tensionadores comumente usados ​​são mostrados na Figura 8-11.

5.1 Dispositivo de Tensionamento Periódico

Em acionamentos por correia dispostos horizontalmente ou moderadamente inclinados, um dispositivo tensionador como mostrado na Figura 8-11(a) pode ser usado. A posição do motor, equipado com polia, é ajustada por meio de um parafuso para aumentar a distância central, conseguindo assim o tensionamento. O método de ajuste consiste em montar o motor em um trilho deslizante e, durante o tensionamento inicial da correia, o motor é empurrado para a posição desejada por meio do parafuso de ajuste.

Em acionamentos por correia verticais ou quase verticais, um dispositivo tensionador como mostrado na Figura 8-11(b) pode ser usado. Ao ajustar a posição da estrutura oscilante (centro do eixo do motor), a distância central é aumentada para obter o tensionamento. O método de ajuste envolve ajustar a porca no parafuso, fazendo com que a base da máquina gire em torno do eixo de suporte fixo para ajustar a tensão inicial. Depois que a posição for ajustada, a porca precisa ser travada.

5.2 Dispositivo de tensionamento automático

A Figura 8-11(c) mostra um dispositivo tensionador automático, onde o motor, equipado com uma polia, é montado em uma estrutura oscilante flutuante. Utilizando o peso do motor e da estrutura giratória, a polia e o motor giram em torno do eixo de suporte fixo, ajustando automaticamente a distância central para obter o tensionamento. Este método é comumente usado para acionamentos por correia com transmissão de baixa potência e arranjo quase vertical.

A Figura 8-11(e) mostra uma roda tensora pressionando automaticamente a correia devido a um peso, conseguindo assim o tensionamento. Este método é frequentemente usado em acionamentos por correia plana com uma grande taxa de transmissão e pequena distância central, e tem um impacto significativo na vida útil da correia.

5.3. Utilização do Dispositivo Tensionador da Polia Tensora

Quando a distância central da correia não puder ser ajustada, uma polia tensora pode ser usada para tensionar a correia, conforme mostrado na Figura 8-11(d). A polia tensora é geralmente instalada na parte interna do lado frouxo para permitir que a correia sofra flexão unidirecional. Para evitar que o ângulo de enrolamento da polia pequena diminua excessivamente, a polia tensora deve ser instalada o mais próximo possível da polia grande.

6. Requisitos específicos para acionamento por correia

1. A velocidade linear da correia em V não deve exceder 25 metros por segundo, e a velocidade linear da correia plana é geralmente de 10 a 20 metros por segundo. Em casos especiais, pode ser reduzido. A velocidade linear da correia pode ser calculada com a seguinte fórmula:

V = πDn / 60 x 1000 (metros/segundo)

Onde

• V— Velocidade linear da correia, (metros/segundo)
• D— Diâmetro da polia da correia, (mm)
• n— Velocidade de rotação da polia da correia, (r/min)

2. O número de vezes que a polia pequena da correia passa pela correia plana por segundo, C, não deve exceder 3-5 vezes, e para a correia em V, não deve exceder 20 vezes.

C = V/L (vezes/segundo)

Onde L— Comprimento da correia (m)

3. O ângulo de enrolamento da polia pequena da correia em V não deve ser inferior a 120° (150° para a correia plana), caso contrário, a diferença de diâmetro entre as duas polias da correia deve ser reduzida, a distância central deve ser aumentada, ou uma polia de pressão deve ser instalada.

4. O diâmetro da polia pequena não deve ser muito pequeno para evitar flexão excessiva da correia, o que encurta sua vida útil.

Para acionamentos por correia plana, o diâmetro da polia pequena geralmente deve ser superior a 25-30 vezes a espessura da fita de tecido.

O diâmetro mínimo da polia plana pequena, D_min, pode ser calculado usando a fórmula:

D_min =C³√N/n1 (mm)

Onde

• C— Coeficiente de cálculo, C = 1150-1400
• N— Potência de transmissão (kw)
• n1— Velocidade de rotação da polia da correia (r/min)

Para acionamentos por correia em V, o diâmetro da polia pequena da correia em V não deve ser inferior aos seguintes valores. Caso contrário, o ângulo de enrolamento não será suficiente e a correia estará sujeita a escorregar e danificar.

5. A distância central das polias planas deve ser maior que o dobro da soma dos dois diâmetros das rodas; a distância central das polias da correia em V deve ser superior a metade da soma dos diâmetros das duas rodas, mas não deve exceder o dobro da soma.

6. O comprimento L da correia pode ser calculado pela seguinte fórmula:

L=2A + π/2(D1+D2) + (D2-D1)²/4A (mm (transmissão aberta))

Na fórmula, A representa a distância central entre as duas polias da correia (mm), e D2 e ​​D1 denotam os diâmetros das polias grandes e pequenas (mm), respectivamente.

7. A tensão inicial da correia deve ser apertada com uma força de cerca de 16-18 kg por centímetro quadrado da área da seção transversal da correia.

7. Seleção do tipo de correia e número de raízes

1. Para transmissão por correia plana, a área da seção transversal da correia pode ser calculada com base na potência usada para transmissão e na velocidade linear da correia.

F=P/K (cm²)

Nesta fórmula,

• F – a área da seção transversal da correia (cm²)
• P – a tensão de trabalho da correia (kg)
• P=102×N/V.
  • Aqui, N denota a potência do motor (kw) e V é a velocidade linear da correia (m/s).

K representa a tensão efetiva real, kg/cm². Para correias de borracha, K pode ser escolhido na faixa de 10-25 kg/cm². Quando a velocidade linear é alta, o impacto da carga é grande, a carga inicial é grande, o tempo de trabalho contínuo é longo e o ângulo de enrolamento é pequeno, um valor menor pode ser escolhido; caso contrário, um valor maior poderá ser escolhido.

Com base na área da seção transversal calculada, a largura e a espessura da correia podem ser determinadas. Com cada camada da correia com aproximadamente 1,2 mm de espessura, o número de camadas em uma correia plana pode ser aproximado.

2. Para transmissão por correia em V, consulte a tabela a seguir para determinar o tipo de correia em V com base na potência transmitida.

A faixa de potência aplicável a vários tipos de correias em V.

O número de correias em V, Z, pode ser calculado usando a seguinte fórmula:

Z = N / (Z0 * C1 * C2) ^ 0,5

Onde:

• N é a potência transmitida (kW);
• Z0 é a potência transmitida por uma única correia em V, que pode ser determinada na tabela abaixo;
• C1 é o coeficiente do ângulo de enrolamento, determinado pelo ângulo de enrolamento da correia.

C2 – Coeficiente de Condição de Trabalho; 0,6-0,7.

8. Dimensões da ranhura da polia da correia em V.

As dimensões da ranhura da polia da correia em V (ver figura) podem ser encontradas na tabela abaixo.

Potência (em kW) transmitida por uma única correia trapezoidal.

Diagrama dimensional das ranhuras da polia da correia em V

Ao calcular a relação de transmissão, o diâmetro da polia refere-se à posição D no diagrama e não à borda externa da roda. Além disso, considere que a correia apresenta um deslizamento de 1%.

Dimensões da ranhura da polia da correia em V: