Post on 22-May-2021
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
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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".
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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.
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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.
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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".
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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.
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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)
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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);
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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;
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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
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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.
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1.1. Tipos de Correias
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
1.1. Tipos de Correias
1. Conceitos gerais
16
1.1. Tipos de Correias
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.
1.1. Tipos de Correias
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
1.1. Tipos de Correias
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
2. Características Geométricas
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
2. Características Geométricas
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
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
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
34 transmissão cruzada
2.2. Parâmetros geométricos de uma transmissão por correia
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).
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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
3. Esforços actuantes nas transmissões
38
3.2. Análise da Relação Entre as Cargas nos Ramos da Correia (F1 e F2)
3. Esforços actuantes nas transmissões
39
3.2. Análise da Relação Entre as Cargas nos Ramos da Correia (F1 e F2)
3. Esforços actuantes nas transmissões
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
3.2. Análise da Relação Entre as Cargas nos Ramos da Correia (F1 e F2)
3. Esforços actuantes nas transmissões
41
3.3. Análise da Força Centrífuga - Fc
3. Esforços actuantes nas transmissões
42
3.4. Carga Devido à Flexão da Correia
3. Esforços actuantes nas transmissões
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