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INTRODUÇÃO
Para transmitir-se potencia em distâncias relativamente grandes,
usam-se elementos flexíveis, como correias e cabos. Quando esses elementos
são empregados, geralmente substitui um conjunto de engrenagens, eixos e
mancais, ou dispositivos similares de transmissão de potencia. Esses
elementos simplificam a construção de máquinas, logo possuem efeito
significativo sobre a redução de custos.
Por serem elásticos e geralmente longos, também tem a
característica de absorção de cargas de choque e no amortecimento de
vibrações. Sendo essas vantagens importantes, no que se refere à vida útil
da maquina acionadora, é a redução de custos que se torna o fator decisivo
na seleção dos meios de transmissão de potencia.
CORREIAS
O uso de correias dá-se para a transmissão de potencia entre duas
arvores paralelas. O afastamento entre as duas árvores não deve ser
inferior a um certo valor que depende do tipo de correia usada, a fim de
que a transmissão se faça de maneira eficiente. As correias possuem as
seguintes características:
Devem ser usadas para grandes distancias entre eixos;
Devido ao deslizamento e a deformação das correias, a velocidade
angular não é constante, nem exatamente igual a razão dos diâmetros
das polias
Quando se usam correias chatas, pode-se obter o efeito de embreagem
passando-se a correia de uma polia "louca" para uma polia sob tensão
Quando se usam correias em V, pode-se obter uma variação na razão de
velocidades angulares pelo emprego de uma pequena polia com as parteS
laterais sob ação de molas. O diâmetro da polia é, então, função da
tensão na correia e pode ser variado mudando-se a distancia entre os
eixos
Geralmente é necessário algum ajuste da distancia entre eixos.
Pode-se obter um meio econômico de variar a razão de velocidades
empregando-se cones de polis.
As correias chatas são feitas ou de couros curtido com casca de
carvalho, ou de tecidos ou cordões, tais como algodão ou raiom, que são
impregnados de borracha. São úteis em instalações de acionamento em grupo,
devido ao efeito de embreagem que se pode obter e a sua adaptabilidade a
distância relativamente longa. Devido a conveniência de acionamentos
individuais para as máquinas, a maioria das máquinas hoje fabricadas possui
acionamento próprio, portanto o uso de correias chatas decresceu
significativamente nos últimos tempos. Essas correias são muito eficientes
para altas velocidades, podem transmitir grandes potencias, são bastantes
flexíveis, não necessitam de grandes polias e podem transmitir potencia até
contornando cantos.
As correias trapezoidais são feitas de tecido ou cordões,
geralmente de algodão, cânhamo ou raiom, impregnado de borracha. Essas
correias podem operam em polias menores, e podem ser usadas em menores
distancias entre os eixos. Pode-se usar em determinado numero de correias
para uma mesma polia, constituindo assim um acionador múltiplo. São também
contínuas, eliminado assim a junção que deve ser feitas em correias chatas.
Uma correia trapezoidal articulada é composta de um grande numero
de elos feitos de tecido impregnado com borracha, ligados por grampos
metálicos adequados. Podem ser desmontados em qualquer ponto e ajustadas
para qualquer comprimento, removendo-se alguns elos. Isto elimina a
necessidade de se terem distancias entre eixos ajustáveis e simplifica a
montagem. Torna possível ajustar-se a tensão na correia para obter a máxima
eficiência e reduzir o número de tamanho de correias que devem ser
estocados.
Uma correia denteada é uma correia patenteada, feita de tecido
impregnado com borracha e fios de aço, que possui dentes que se encaixam em
outros feitos na superfície das polias. Tais polias não sofrem estiramento
ou escorregamento e, conseqüentemente, transmitem potencia com velocidades
angular constante. A vantagem é que não é necessária nenhuma tensão
inicial, de forma que se pose usar distancia fixa entre eixos. Alem disso
elimina qualquer restrição a velocidade já que os dentes permitem a sua
utilização praticamente a qualquer velocidade, rápida ou lenta. As
desvantagens são primeiramente o custo ed depois a necessidade de dentes
nas polias.
Correias chatas.
As correias de couro transmitem grande quantidade de potencia em
velocidades e geralmente são muitos caras. As correias de plástico ou
borracha reforçada podem transmitir potencias de ata 3kW por mm de largura
de correia, em velocidades de até 200m/s. outros fatores que influenciam a
seleção de matérias para as correias são a vida e a confiabilidade
desejada, o tamanho das polias e o custo.
Quando uma correia se movimenta e transmite potencia, existe uma
força F1 no lado tenso e uma tensão menor F2 no lado frouxo. Desprezando a
força centrifuga na correia, a relação entre estas tensões será
Onde f é o coeficiente de atrito entre a correia e a polia e ( é o
ângulo de abraçamento. A potência (em kW) transmitida é
Onde V é velocidade da correia em m/s e F1 e F2 em N.
O efeito da força centrifuga não foi considerada na equação do
, porem incluindo-se esse efeito no desenvolvimento da equação pode-se
mostrar que
onde
Sendo:
: Peso por unidade de comprimento da correia;
: Velocidade da correia;
: Aceleração da gravidade;
O peso específico do couro é 103 kg/m3.
Estas relações podem ser usadas para o projeto de acionamentos por
correia, limitando-se a tração máxima F1 de acordo com a tensão máxima
admissível para o material da correia. Para o couro 1750 kPa é um valor
conservador. O coeficiente de atrito usado depende dos materiais da correia
e da polia. Existem tabelas que fornecem estes valores de coeficientes.
Correias trapezoidais.
As dimensões para as seções retas das correias trapezoidais foram
padronizadas pelo fabricante, onde cada seção é designa por uma letra do
alfabeto .
Para especificar a correias trapezoidais, deve indicar a letra
correspondente a seção da correia, seguida da circunferência interna. Por
exemplo, B75 é uma correia de seção B que possui uma circunferência interna
de 75 pol.
Os cálculos envolvendo o comprimento da correia geralmente se
baseiam no comprimento médio. Para qualquer seção de correia, o comprimento
médio é obtido adicionando um incremento a circunferência interna (tabela
05). Exemplo: a correia B75 tem um comprimento médio de 76,8 pol. Os
cálculos da razoes de velocidade são feitos utilizando os diâmetros médios
da polia, e por esta razão os diâmetros fornecidos são encarados como sendo
os diâmetros médios embora não sejam sempre especificados dessa forma.
O ângulo de ranhura da polia é sempre um pouco menor que o ângulo
da seção reta da correia. Portanto a correia tende a introduzir na ranhura,
aumentando o atrito. O valor deste ângulo depende da seção da correia, do
diâmetro da polia e do ângulo de abraçamento. Se aquele ângulo for muito
menor que a da correia, a força necessária para retirar a correia do
entalhe a medida que ela deixa a polia será excessiva.
Os diâmetros mínimos das polias foram listados na tabela 04. Para
se obter os melhores resultados uma correia trapezoidal deve trabalhar com
uma velocidade relativamente elevada; 1200m/min é uma boa velocidade. Podem
surgir problemas com velocidade muito maior que 1500 m/min ou muito
inferior do que 300m/min. Logo deve dimensionar as polias para obter
velocidades para a correia nas vizinhanças de 1200m/min.
Não se recomendam longas distâncias entre centros para correias
trapezoidais porque a excessiva vibração do ramo frouxo abrevia a duração
da vida da correia. A distancia entre centros não deve ser maior do que
três vezes a soma dos diâmetros das polias, nem menor do que o diâmetro da
polia maior. As correias trapezoidais articuladas apresentam menor vibração
pois são melhor balanceadas, e portanto podem ser usadas com distancias
entre eixos maior.
A seleção das correias trapezoidais se baseia na obtenção de uma
vida longa e livre de problemas para o equipamento. A tabela 06 fornece a
capacidade de potencia das correias trapezoidais para diversos diâmetros de
polias e diversas velocidades de correias correspondentes a uma duração
satisfatória. Estes valores se baseiam num ângulo de abraçamento de 180°.
Para ângulos menores devem ser reduzidos. A figura 04 fornece os valores
para a correção K1 que é usado para reduzir o valor tabelado para a
capacidade de potencia quando um ângulo de abraçamento for menor que 180°.
Para uma determinada velocidade da polia, a duração em horas de uma correia
curta é menor do que a duração de uma correia mais longa, porque a correia
menor estará sujeita a ação a carga um numero de vezes maior. Portanto é
necessário aplicar um segundo fator de correção K2, que é chamado de
correção para o comprimento da correia. Estes fatores estão listados na
tabela 07 para diversas seções e comprimentos de correias. A capacidade de
potencia tabelada deve ser multiplicada por este fator para obter a
capacidade correta.
Deve-se considerar as características das maquinas acionada e
acionadora na seleção da correia adequada. Se, por exemplo, o esforço é
iniado freqüentemente por uma fonte de potencia cujo o torque de paretida é
200 por cento do troque de plena carga, então a potencia de plena carga
deve ser multiplicada por um fator de sobrecarga. Pode-se usar a tabela 08
se o percentual de sobrecarga for conhecido.
CABOS
Alguns tipos de cabos, quanto ao seu enrolar.
Enrrolamento Diagonal Normal ou Cruzado, é aceito como padrão, tem o arame
torcido em um sentido para formar uma perna e as pernas são torcidas no
sentido oposto para formar o cabo. Esses cabos não dobram nem se destorcem
e são mais práticos de serem manuseados.
Enrrolamento Lang ou Paralelo: tem arames e as pernas torcidas no mesmo
sentidas, portanto os arames exteriores do cabo estão colocados em diagonal
em relação ao eixo do cabo. Esses cabos são mais resistentes ao desgaste
por abrasão e à falha por fadiga do que os com enrolamento diagonal, porem,
estão mais sujeitos a se dobrarem ou se destorcerem.
Seção Reta de um cabo 6x7
Os cabos padronizados são feitos de núcleo ou alma de cânhamo que
serve como suporte e lubrificante dos arames que atende duas finalidades
principais:
Reduzir o desgaste produzido pelo atrito dos arames uns nos outro e sobre
as polias e tambores;
Proteger o cabo da ferrugem e corrosão.
Para um melhor desempenho, todos os cabos de arame devem ser mantidos
limpos e a lubrificação deve ser renovada de tempos em tempos.(na limpeza
não usar solvente. A penetração do solvente no núcleo atacara o
lubrificante ali existente. A lubrificação deve ser feita com óleo
aquecido, mergulhando-se o cabo no recipiente e retirando-se o excesso de
lubrificante). Quando se exige que o cabo suporte calor, usa-se um núcleo
de aço ou uma perna central.
As características de diferentes cabos serão:
6X7 – este tipo é feito de fios grossos, que proporciona a máxima
resistência ao desgaste, é empregado para reboques e transmissões.
9X19 – este tipo é um dos mais populares; tem bom compromisso entre
flexibilidade e resistência ao desgaste, resultando num bom cabo para
serviços gerais.
Tipos especiais, como seale, são projetadas para oferecer boas
características de durabilidade, pelo emprego de arames grossos na parte
externa, e também boa flexibilidade pelo uso de arames finos nas camadas
internas.
6X37 – este tipo é extremamente flexível e é usado quando a
flexibilidade é a consideração principal e o desgaste por atrito não é
rigoroso.
A designação dos cabos é feita como, por exemplo: 1 1/8 pol. 6X7. O
primeiro número indica o diâmetro do cabo (figura 01-C); o segundo e
terceiro são, respectivamente, numero de pernas e o numero de fios de arame
em cada perna. A tabela 01 relaciona alguns cabos disponíveis no mercado. A
área de metal em cabos em cabos é Am= F.d2 (diâmetro do cabo).
Em geral, quanto maior o numero de fios numa perna, mais flexível é
o cabo; e em oposição, quanto menor o numero de fios, mais rígido o cabo.
Isto conduz a conclusão de que os cabos feitos de fios de arame finos são
mais adequados a curvas de pequenos raios. No entanto, os fios finos se
desgastarão mais rapidamente do que os grossos.
Quando um cabo de aço passa em torno de uma polia, ocorre um certo
reajuste de seus elementos. Cada um dos fios e pernas deve deslizar um
sobre os outros, provavelmente corre um certo tipo de flexão particular. É
provável que exista concentração de tensão nesta ação complexa. A tensão em
um dos arames de um cabo que passa em torno de uma polia pode ser calculada
como segue:
Igualando-se M, obtem-se para a tensão
O raio de curvatura r pode ser substituído pelo raio da polia,
D/2. alem disso, c=da/2, onde da é o diâmetro do arame. Estas
substituições conduzem a
Sendo:
: Tensão de flexão nos fios isoladamente;
: Modulo de elasticidade do cabo (e não dos arames);
: Diâmetro da polia;
Um cabo de aço pode falhar devido ao fato de que a carga estática
excede a resistência a tração do cabo. Falha que geralmente não é
responsabilidade do projetista mas sim do operador que permite a utilização
do cabo em condições de cargas superiores ao de projeto. São comum as
falhas devido ao desgaste por abrasão ou fadiga. Uma falha por fadiga
aparece primeiro através de alguns arames partidos na superfície do cabo. O
exame dos cabos não mostrou nenhum efeito de redução da seção reta.
Portanto, a falha é de natureza frágil e associável ao fenômeno de fadiga.
Drucker e Tachau mostram que esse tipo de falha é uma função de
pressão do cabo sobre a polia. Esta pressão é dada por
Sendo:
: Força de tração do cabo;
: Diâmetro do cabo;
: Diâmetro da polia;
A figura abaixo mostra a relação entre a razão da pressão e a
resistência à tração do arame e a vida útil do cabo.
Um exame do gráfico mostra que um cabo não estará sujeito a falha
se a razão P/Srt for menor que 0,001. A substituição dessa razão na
equação anterior fornecerá
Esta resistência varia bastante, já que depende do diâmetro do
arame assim como do material. Os seguintes valores são usadas com
freqüência
"Aço de alta resistência"1378 Mpa "
"Aço de media "1206 Mpa "
"resistência " "
"Aço fundido "1102 Mpa "
"ultra-resistente " "
"Aço fundido "965 Mpa "
"Ferro "448 Mpa "
A ultima equação é muito importante para o projeto de cabos e
polias já que se utiliza as quatro variáveis, resistência do material,
solicitação, diâmetro da polia e do cabo. Quando usar esta equação em
projetos de cabos, deve assegurar da existência de um coeficiente de
segurança estático bem elevado.
POLIAS
As polias são peças cilíndricas, movimentadas pela rotação do eixo
motor e pelas corrias.
Uma polia é constituída de uma coroa ou face, na qual se enrola a
correia. A face é ligada a um cubo de roda mediante disco ou braço.
Os tipos de polia são determinados pela forma da superfície na qual
a correia se assenta. Elas podem ser planas ou trapezoidais. As polias
planas podem apresentar dois formatos na sua superfície de contato. Essa
superfície pode ser plana ou abaulada
A polia plana conserva melhor as correias. As polias apresentam
braços a partir de 200mm de diâmetro. Abaixo esse valor, a corroa é ligada
ao cubo por meio de dois discos.
A polia trapezoidal recebe esse nome porque a superfície na qual a
correia se assenta a forma do trapézio. As polias trapezoidais devem ser
providas de canaletas (ou canais) e são dimensionadas de acordo com o
perfil padrão da correia a ser utilizada.
Essas dimensões são obtidas a partir de consultas em tabelas. Vamos
ver um exemplo que pode explicar como consultar tabela.
Imaginaremos que se vai executar um projeto de fabricação de polia,
cujo diâmetro é de 250mm, perfil padrão de correia C e ângulo do canal de
34°. Como de terminar as demais dimensões da polia?
Perfil padrão da correia: C Diâmetro externo da polia: 250mm
Ângulo do canal: 34° T: 15,25mm
S: 25,25mm W: 22,5mm
Y: 4mm Z: 3mm
H: 22mm K: 9,5mm
U=R: 1,5mm X: 8,25mm
Alem das polias para correias planas e trapezoidais, existem as
polias para cabos de aço, para correntes, polias (ou rodas) de atrito,
polias para correias redondas e para correia dentadas. Algumas vezes, as
palavras roda e polia são utilizadas como sinônimos.
No quadro abaixo estão algum exemplos de polias e, ao lado, a forma
como são apresentadas em desenho técnico.
ABACO PARA POLIAS.
Este monograma permite calcular rapidamente o tamanho da polia para
ventiladores, compressores e outras máquinas, acionadas por correia em V. o
gráfico é baseado em 1750rpm, de um motor de indução típico de 4 polias,
60Hz, usando a formula
Onde N1=rpm do acionador; N2= rpm do eixo acionado; D1= diâmetro da
polia acionadora; D2= diâmetro da polia acionada.
Qualquer uma das variáveis pode ser calculada, colocando-se uma
régua entre as duas outras, e lendo-se a resposta na escala apropriada.
Utilizando-se multiplicadores, pode-se adaptar o monograma a outras
velocidades do acionador, N1.
Exemplo 01: Para acionar uma determinada máquina a 1000rpm, usando
um motor de 1750rpm com polia de 13cm, qual o tamanho da polia acionada?
Traçando uma linha entre N2=1000rpm e D1= 13cm, encontraremos D2=
23cm.
Exemplo 02: Se trocarmos o motor para 1140rpm, mas desejaremos
manter a mesma rpm e a mesma polia do eixo acionado, qual o tamanho da
polia acionadora que devemos usar?
Dividindo 1000 por 0,65, temos 1540rpm. Traçando uma reta entre N2=
1540 e D2=23cm e prolongando-a, temos D1= 20,2cm.
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
SHIGLEY, Joseph Edward, Elementos de Máquinas Vol. 2, Livros Técnicos e
Científicos Editora S.A., 3° Edição, Rio de Janeiro, 1984.
MELCONIAN, Sarkis, Elementos de Máquinas, Editora Érica, 2° Edição, São
Paulo, 2000.
