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Transmissões flexíveis - Correias
CAP 9 – TRANSMISSÕES FLEXÍVEIS – CORREIAS. 9.1. INTRODUÇÃO. Correias são elementos de máquinas que transmitem movimento de rotação entre dois eixos (motor e movido) por intermédio das polias. As Polias são cilíndricas, movimentadas pela rotação do eixo motor e pelas correias. Os materiais empregues para a construção das polias são ferro fundido (o mais utilizado), aços, ligas leves e materiais sintéticos. A superfície da polia não deve apresentar porosidades, caso contrário, a correia vai-se desgastar rapidamente.
Fig. 9.1. – Desenho de uma transmissão por correias. Na transmissão por polias e correias, a polia que transmite movimento e força á chamada de polia motora ou condutora. A polia que recebe movimento e força é a polia movida ou conduzida.
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9.2. TIPOS DE CORREIAS As correias mais usadas são as Planas, as Trapezoidais (ou em V) e as dentadas. Planas “Flat”
Fig. 9.2. – Desenho transversal de uma correia plana.
Redondas “Round”
Fig. 9.3. – Desenho transversal de uma correia redonda.
Trapezoidal ou V
Fig. 9.4. – Desenho transversal de uma correia trapezoidal.
Dentadas “Timing”
Fig. 9.5. – Desenho de uma correia dentada.
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9.3.
PRINCIPAIS
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CARACTERÍSTICAS
DAS
CORREIAS
PLANAS E TRAPEZOIDAIS. •
As correias trapezoidais apresentam limites superiores e inferiores, respectivamente de 25 m/s e 5 m/s. No caso das correias planas é permitida uma maior velocidade linear, cerca de 90 m/s.
•
A aplicação das correias trapezoidais limita-se apenas a veios paralelos e de preferencia horizontais, sem inversão do sentido de rotação.
•
No caso de correias planas, estas adaptam-se à transmissão do movimento entre veios não complanares com ou sem inversão de sentido.
•
Quanto à temperatura, as correias planas são mais resistentes do que as trapezoidais, em virtude dos materiais em que são normalmente construídas, embora ambas sejam menos resistentes a este parâmetro do que as correntes ou engrenagens.
•
Economicamente são mais favoráveis do que os restantes tipos de transmissões, embora com vida útil inferior.
•
Podem aplicar-se em aplicações com grandes distâncias entre eixos, principalmente as correias planas.
•
Para pequenas distâncias entre eixos, as correias trapezoidais adaptam-se melhor em virtude de não requererem polias de dimensões tão elevadas.
•
As correias trapezoidais apresentam uma vida que pode variar até 8000 – 10000 horas, enquanto que as correias planas podem atingir durações da ordem das 40000 horas.
•
As correias planas são mais fáceis de montar do que as correias trapezoidais, sobretudo quando se trata de polias situadas em veios biapoiados.
Tabela 9.1. – Características de algumas correias. [tabela 17.1 Shigley]
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9.4. CORREIAS PLANAS E REDONDAS - “FLAT BELTS” E “ROUND BELTS” Quando temos de transmitir potência de um veio para outro a uma distância tal que o emprego de engrenagens não é aconselhável por qualquer razão técnica ou económica, usa-se muitas vezes uma transmissão por correias. •
Plana ou Trapezoidal, se a razão de transmissão não necessita de ser mantida rigorosamente a mesma.
•
Dentada, se a relação de transmissão deve ser rigorosamente a mesma.
Fig. 9.6. – Desenho esquemático de uma correia, polias e nomenclatura usada. Sendo a sua nomenclatura: D1 – diâmetro da polia grande D2 – diâmetro da polia pequena C – distância entre eixos θ – ângulo de contacto (ângulo onde a correia faz 90º com o raio da polia) L – comprimento da correia Os ângulos de contacto são dados por: D − D1 θ1 = π − 2 sen −1 2 2C
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(9.1)
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D − D1 θ2 = π + 2 sen −1 2 2C
(9.2)
O comprimento total da correia é dado pela equação 9.3.
[
L = 4 C 2 − (D 2 − D1 )2
]
1 2+
1 (D 2 θ2 + D1 θ1 ) 2
(9.3)
9.4.1. FORÇAS NAS CORREIAS PLANAS E REDONDAS A relação entre a força no ramo bambo e o ramo tenso na correia é dado por: F1 = ef φ F2
(9.4)
A potência transmitida é: P = (F1 − F2 ) V
(9.5)
Na equação 9.5 a força centrífuga é desprezada, esta força é dada por: FC = mV 2 =
wz 2 V g
(9.6)
Se considerarmos a força centrífuga, a equação 9.4. vem dada por: F1 − FC = ef φ F2 − FC
(9.7)
Quando a correia é instalada, uma força inicial de pré-tensão está instalada na correia, esta força de pré-tensão inicial é dada por: Fi =
(F1 + F2 )
(9.8)
2
O momento torsor é dado por: T = (F1 − F2 )
Sendo:
D1 2
(9.9)
T – momento torsor [Nm] F1 – força de tensão no ramo tenso [N] F2 – força de tensão no ramo bambo [N] P – potência [W]
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V – velocidade da correia [m/s] f – coeficiente de atrito θ – ângulo de contacto [rad] Fi – forças de pré-tensão [N] FC – forças centrifuga [N] m – massa por unidade de comprimento [kg/m] wz – peso por unidade de comprimento [N/m]
Para a selecção de correias é necessário o cálculo da potência transmitida, esta é dada por: P=
C P C V Fa V Ks
(9.10)
Onde: Fa – força admissível na correia [N] KS – factor de serviço [tabela 9.6] CP – factor correcção da polia [tabela 9.4] CV – factor correcção da velocidade, normalmente = 1 Tabela 9.2. – Propriedades de algumas correias planas e redondas. [tabela 17.2 Shigley]
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Tabela 9.3. – Tamanho mínimo das polias para correias de uretano (diâmetros em inches). [tabela 17.3 Shigley]
Tabela 9.4. – Factor de correcção Cp para correias planas. [tabela 17.4 Shigley]
Tabela 9.5. - Diâmetros de polias ISO, e altura da coroa para correias planas. [tabela 17.5 Shigley]
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Tabela 9.6. – Factor de serviço KS. [Tabela 17-11 Shigley]
9.5. SELECÇÃO DE CORREIAS TRAPEZOIDAIS OU EM V Para seleccionar uma correia trapezoidal, dá-se a letra da secção da correia, especificada na tabela 9.7. Por exemplo uma correia B75 é uma correia tipo B com uma circunferência interior de 75 in. Tabela 9.7. - Secções standard de correias em V. [Tabela 17-6 Shigley]
Tabela 9.8. - Circunferência interior de correias em V standard. [Tabela 17-7 Shigley]
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Cálculos envolvendo o comprimento primitivo de correias baseado no diâmetro primitivo para qualquer secção de correias trapezoidais, soma-se o valor indicado à circunferência interior e obtém-se o comprimento primitivo (Lp) de correias em V em in, ver tabela 9.8 e 9.9. Tabela 9.9. – Conversão do comprimento. [Tabela 17-8 Shigley]
Para o cálculo do comprimento primitivo de correias trapezoidais, utiliza-se a seguinte equação:
( D − d )2 L P = 2 C + 1,57 (D + d ) + 4C
(9.11)
Onde: D – diâmetro primitivo da polia maior d – diâmetro primitivo da polia menor C – entre eixos Onde o entre-eixos tem de obedecer a seguinte relação: D < C < 3 (D + d )
(9.12)
Para o cálculo do número de correias necessárias é necessário equacionar a potência corrigida com a potência de serviço: N=
Pserviço Pcorrigida
(9.13)
Sendo a potência corrigida e de serviço dadas por: Pcorrigida = Ptransmitida K 1 K 2
(9.14)
Pserviço = Pnom K S
(9.15)
Onde: KS – factor de serviço [tabela 9.6] K1 - Factor de correcção do ângulo de contacto da correia (figura 9.7) K2 - Factor de correcção do comprimento da correia em V (tabela 9.10)
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Fig. 9.7. Factor de correcção do ângulo de contacto da correia em V, K1. [Fig. 17-7 Shigley]
Tabela 9.10. – Factor de correcção do comprimento da correia em V, K2. [Tabela 17-10 Shigley]
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Tabela 9.11. - Potência transmitida (Hp) para várias correias. [Tabela 17-9 Shigley]
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9.6. CORREIAS DENTADAS “TIMING BELT” As correias dentadas são feitas de borrachas e fios de aço para suportar tensões axiais. Têm dentes que encaixam nas polias dentadas feitas de nylon. Isto para não haver escorregamento nem esticarem. As principais características das correias dentadas são: 1. Não alonga 2. Não escorrega 3. Transmite potência a uma razão de velocidade constante 4. Não depende da pré-tensão da correia 5. Trabalha numa gama alargada de velocidade 6. Eficiência entre 97% e 99% 7. Não é necessária lubrificação 8. Funcionamento silencioso 9. Necessita de polias adequadas
Fig. 9.8. – Correia dentada mostrando uma porção da correia e da polia. Tabela 9.12 – Passos normalizados de correias dentadas. [tab. 17.12 Shigley]
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