O melhor guia para a transmissão por correia: Maximizar a eficiência e o desempenho

O que é a transmissão por correia?

Uma transmissão por correia é um tipo de transmissão mecânica que transmite movimento e potência do veio de acionamento para o veio acionado através de um componente flexível intermédio - a correia de transmissão. É normalmente utilizado em cenários em que os dois veios estão relativamente afastados.

Em comparação com outras transmissões mecânicas, a transmissão por correia tem uma estrutura mais simples e um custo mais baixo, o que a torna uma forma de transmissão mecânica amplamente aplicada.

1. Princípio de funcionamento da transmissão por correia

O acionamento por correia é normalmente constituído por uma polia motriz, uma polia movida, uma correia de transmissão esticada sobre as duas polias e uma estrutura da máquina, como se mostra na figura 8-1.

1- Polia de acionamento
2- Polia de acionamento
3- Correia de acionamento

2. Tipos de accionamentos por correia

As transmissões por correia podem ser classificadas em tipos de fricção e de engrenagem, de acordo com os seus princípios de acionamento. Este artigo aborda principalmente questões relacionadas com accionamentos por correia de fricção.

2.1. Os accionamentos por correia de atrito funcionam transmitindo movimento e potência através da força de atrito gerada entre a correia de acionamento, que se encaixa firmemente na polia, e a superfície de contacto da polia. Com base na forma da secção transversal da correia de transmissão, estas podem ainda ser divididas em correias planas, correias em V, correias com várias arestas e correias redondas.

2.1.1 A secção transversal de uma correia plana é retangular e a sua superfície interior que entra em contacto com a polia é a face de trabalho. É utilizada principalmente para a transmissão a longa distância entre dois veios paralelos que rodam na mesma direção.

2.1.2 A secção transversal de uma correia trapezoidal é trapezoidal, com os dois lados em contacto com a ranhura da polia a servirem de superfícies de trabalho. A ranhura da polia também é trapezoidal. A análise da força na superfície da cunha revela que, em condições de tensão e de coeficiente de atrito iguais, a força de atrito gerada pela correia trapezoidal é superior à da correia plana.

Por conseguinte, a correia trapezoidal tem uma capacidade de transmissão mais forte e uma estrutura mais compacta, o que a torna muito utilizada na transmissão mecânica. Em função da sua largura e altura relativas, as correias trapezoidais podem ser divididas em tipos como as correias trapezoidais normais, as correias trapezoidais estreitas, as correias trapezoidais largas, as correias trapezoidais para automóveis, as correias trapezoidais dentadas e as correias trapezoidais de ângulo elevado. Atualmente, as correias trapezoidais normais são as mais utilizadas.

2.1.3 A correia multiarticulada, um híbrido da correia plana e das correias trapezoidais múltiplas, combina as vantagens de ambas e é frequentemente utilizada em grandes sistemas de transmissão de potência em que é necessária uma estrutura compacta.

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

2.2 A transmissão por correia com engrenagem transmite movimento e potência através do engrenamento dos dentes da correia com os da polia. O correia sincronizada como mostrado na Figura 8-3, é um exemplo típico.

Para além de manterem as vantagens da transmissão por correia de fricção, as correias síncronas também oferecem uma elevada transmissão de potência, relações de transmissão precisas e são frequentemente utilizadas em situações que requerem uma transmissão suave e uma elevada precisão, como em gravadores, misturadores de alimentos, máquinas-ferramentas CNC e máquinas têxteis. A secção transversal de uma correia síncrona é retangular, com a superfície interior da correia dentada.

Ao contrário da estrutura de uma correia de transmissão por fricção, a camada de resistência de uma correia síncrona é maioritariamente composta por cabos de aço, o que resulta numa menor deformação sob carga. O bordo da polia síncrona é também fabricado com uma forma de dente involuta correspondente à superfície interior da correia, produzida através de um processo de geração por engrenagem involuta ferramentas de corte. Por conseguinte, as dimensões dos dentes da polia dependem do tamanho das ferramentas de corte utilizadas.

3. Características da transmissão por correia

A correia tem uma boa elasticidade, o que lhe permite amortecer e absorver as vibrações, garantindo uma transmissão suave com o mínimo de ruído. Durante a sobrecarga, o deslizamento entre a correia e a polia pode evitar danos noutras peças, actuando como uma forma de proteção de segurança. A estrutura da transmissão por correia é simples, fácil de fabricar, instalar e manter, com baixos custos.

Durante o funcionamento, a correia de transmissão pode apresentar um deslizamento elástico, pelo que a relação de transmissão não pode ser rigorosamente mantida. O tamanho do contorno da transmissão por correia é grande, levando a uma menor eficiência de transmissão. Por conseguinte, a transmissão por correia transmite geralmente uma potência ≤ 50kW, com velocidades de correia de 5-25m/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 na transmissão 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 o funcionamento, a tensão do lado apertado (F1) excede a tensão do lado frouxo (F2), pelo que o estiramento elástico do lado apertado é maior do que o do lado frouxo.

4.1 Deslizamento elástico na transmissão por correia

O deslizamento elástico é um fenómeno único inerente às operações de transmissão por correia e é inevitável durante o processo de trabalho da correia de transmissão. Quando o lado apertado 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 diminui gradualmente de F1 para F2, e a sua extensão elástica também diminui. Por outras palavras, a correia de transmissão está a encurtar gradualmente, causando um pequeno deslizamento relativo para trás ao longo da face da polia 1, resultando numa velocidade da correia v que é inferior à velocidade circunferencial v1 da polia 1.

Do mesmo modo, durante o processo em que a correia de transmissão acciona a polia accionada 2 para rodar do ponto de entrada C para o ponto de saída D devido à fricção, a força de tração na correia de transmissão aumenta gradualmente de F2 para F1, e a extensão elástica da correia de transmissão também aumenta. Isto significa que a correia de transmissão está a alongar-se gradualmente. Neste momento, ocorre um pequeno deslizamento relativo para a frente na face da polia 2, fazendo com que a velocidade da correia v seja maior do que a velocidade v2 da polia 2. O fenómeno de deslizamento da correia na superfície da polia devido à deformação elástica da correia de transmissão é designado por deslizamento elástico.

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

4.2 Modos de falha da transmissão por correia

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

4.2.1 Deslizamento

Os accionamentos por correia funcionam por fricção. Quando a força de tensão inicial F₀ é constante, se a força circunferencial efectiva F exceder a força de atrito limite entre a correia e a superfície da roda, a correia sofrerá um deslizamento óbvio e em grande escala na superfície da roda, um fenómeno conhecido como deslizamento.

Quando a correia apresenta deslizamento, embora a polia motriz continue a rodar, tanto a polia movida como a correia sofrem uma perda substancial de velocidade, ou mesmo param completamente. O deslizamento é um fenómeno prejudicial, uma vez que provoca falhas na transmissão e agrava o desgaste da correia. Durante o funcionamento normal, o deslizamento deve ser evitado.

O deslizamento elástico e o deslizamento são dois conceitos distintos. As suas diferenças estão descritas na Tabela 8-1.

Tabela 8-1 Diferenças entre deslizamento elástico e deslizamento

4.2.2 Falha por fadiga do Cinturão

A tensão na correia de transmissão varia à medida que esta funciona, formando uma tensão alternada. Quanto maior for a velocidade de rotação e quanto mais curta for a correia, mais frequentemente a correia gira em torno da polia por unidade de tempo, levando a alterações mais frequentes na tensão. Com o passar do tempo, o efeito repetido da tensão alternada pode provocar a delaminação e o rasgamento da correia, conduzindo, em última análise, a uma falha por fadiga, que resulta numa falha da transmissão.

5. Dispositivos de tensionamento para accionamentos por correia

A correia de transmissão, quando instalada na polia, deve ter uma certa tensão para garantir o funcionamento normal da transmissão por correia. No entanto, depois de funcionar durante um período de tempo, a deformação plástica da correia pode levar a uma folga, reduzindo gradualmente a tensão inicial e diminuindo a capacidade de carga da correia.

Para controlar a tensão inicial da correia de transmissão e assegurar a capacidade operacional da transmissão por correia, deve ser utilizado um dispositivo de tensionamento adequado. A Figura 8-11 mostra vários dispositivos de tensionamento normalmente utilizados.

5.1 Dispositivo de tensionamento periódico

Em accionamentos por correia dispostos horizontalmente ou moderadamente inclinados, pode ser utilizado um dispositivo de tensionamento como o mostrado na Figura 8-11(a). A posição do motor, equipado com uma polia, é ajustada com um parafuso para aumentar a distância do centro, obtendo-se assim a tensão. O método de ajuste consiste em montar o motor numa calha deslizante e, durante o tensionamento inicial da correia, o motor é empurrado para a posição desejada utilizando o parafuso de ajuste.

Em accionamentos de correia verticais ou quase verticais, pode ser utilizado um dispositivo de tensionamento como o mostrado na Figura 8-11(b). Ajustando a posição da estrutura oscilante (centro do eixo do motor), a distância entre os centros é aumentada para conseguir o tensionamento. O método de ajuste envolve o ajuste da porca no parafuso, fazendo com que a base da máquina balance em torno do eixo de suporte fixo para ajustar a tensão inicial. Uma vez ajustada a posição, a porca tem de ser bloqueada.

5.2 Dispositivo de tensionamento automático

A Figura 8-11(c) mostra um dispositivo de tensionamento automático, em que o motor, equipado com uma roldana, está montado numa estrutura oscilante flutuante. Utilizando o peso do motor e da estrutura oscilante, a polia e o motor oscilam à volta do eixo de suporte fixo, ajustando automaticamente a distância entre centros para conseguir o tensionamento. Este método é normalmente utilizado para accionamentos por correia com transmissão de baixa potência e disposição quase vertical.

A Figura 8-11(e) mostra uma roda tensora que pressiona automaticamente a correia devido a um peso, conseguindo assim o tensionamento. Este método é frequentemente utilizado em accionamentos por correia plana com uma grande relação de transmissão e uma pequena distância entre centros, e tem um impacto significativo na vida útil da correia.

5.3. Utilização do dispositivo de tensionamento da polia tensora

Quando a distância central do acionamento por correia não pode ser ajustada, pode ser utilizada uma polia tensora para tensionar a correia, como se mostra na Figura 8-11(d). A polia tensora é geralmente instalada no interior do lado da folga para permitir que a correia sofra uma 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 a transmissão por correia

1. A velocidade linear da correia trapezoidal 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 reduzida. 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 da correia pequena é passada pela correia plana por segundo, C, não deve exceder 3-5 vezes, e para a correia trapezoidal, não deve exceder 20 vezes.

C = V / L (vezes / segundo)

Onde L- Comprimento da correia (m)

3. O ângulo de enrolamento da polia da correia trapezoidal pequena 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 entre centros deve ser aumentada ou deve ser instalada uma polia de pressão.

4. O diâmetro da polia da correia pequena não deve ser demasiado pequeno para evitar uma flexão excessiva da correia, o que reduz o seu tempo de vida útil.

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

O diâmetro mínimo da polia da correia plana pequena, D_min, pode ser calculado através da 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 accionamentos por correia trapezoidal, o diâmetro da polia pequena da correia trapezoidal não deve ser inferior aos valores seguintes. Caso contrário, o ângulo de enrolamento não é suficiente e a correia é suscetível de deslizar e de se danificar.

5. A distância entre centros das polias de correia plana deve ser superior ao dobro da soma dos diâmetros das duas rodas; a distância entre centros das polias de correia trapezoidal 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 da correia (mm), respetivamente.

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

7. Seleção do tipo de correia e do número de raízes

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

F=P/K (cm²)

Nesta fórmula,

• F - a área da secção transversal do cinto (cm²)
• P - a tensão de funcionamento da correia (kg)
• P=102×N/V.
  • Aqui, N representa a potência do motor (kw) e V é a velocidade linear da correia (m/s).

K representa a tensão efectiva real, kg/cm². Para correias de borracha, K pode ser escolhido entre 10-25 kg/cm². Quando a velocidade linear é elevada, o impacto da carga é grande, a carga de arranque é grande, o tempo de trabalho contínuo é longo e o ângulo de enrolamento é pequeno, pode escolher-se um valor mais pequeno; caso contrário, pode escolher-se um valor maior.

Com base na área da secção transversal calculada, é possível determinar a largura e a espessura da correia. Com cada camada da correia com aproximadamente 1,2 mm de espessura, o número de camadas numa correia plana pode ser aproximado.

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

A gama de potência aplicável a vários tipos de correias trapezoidais.

O número de correias trapezoidais, Z, pode ser calculado através da 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 trapezoidal, que pode ser determinada a partir do quadro seguinte;
• 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 trapezoidal.

As dimensões da ranhura da polia da correia trapezoidal (ver figura) podem ser consultadas no quadro seguinte.

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

Diagrama dimensional das ranhuras da polia da correia trapezoidal

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

Dimensões da ranhura da polia da correia trapezoidal: