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Cabos de Aço
A constituição geral dos cabos metálicos pode ser resumida em:
- Arame: obtido por estiragem;
- Perna: conjunto de arames enrolados entre si;
- Cabo: conjunto de pernas enroladas entre si em torno de um núcleo
denominado alma.
Os cabos de aço são fabricados em dois tipos, quanto ao modo de
torcer e enrolar o arame. O enrolamento diagonal ou cruzado, que é aceito
como padrão, tem o arame torcido em um sentido para formar a perna e as
pernas são torcidas no sentido oposto para formar o cabo. Os arames
visíveis são aproximadamente paralelos ao eixo do cabo. Os cabos não torcem
nem se destorcem e são mais práticos de serem manuseados.
O enrolamento Lang ou paralelo tem os arames e as pernas torcidos no
mesmo sentido, e portanto os arames exteriores do cabo são colocados em
diagonal em relação ao eixo do cabo. Os cabos com enrolamento Lang são mais
resistentes ao desgaste por abrasão e a falha por fadiga do que os com
enrolamento diagonal, porém, estão mais sujeitos a se dobrarem ou se
destorcerem.
Os cabos padronizados são feitos de um 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 outros
e sobre as polias e tambores;
- proteger o cabo de 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 ataca 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.
Os cabos de aço são designados como, por exemplo: um 1/8 pol. 6x7. O
primeiro número indica o diâmetro do cabo; o segundo e o terceiro são,
respectivamente, o número de pernas e o número de fios de arame em cada
perna. A área de metal em cabos padronizados para máquinas elevadoras ou em
cabos para tração (reboque) é Am = 0,38d2 , com d (diâmetro) do cabo em mm
e Am em mm2.
Em geral, quanto maior o número de fios numa perna, mais flexível é o
cabo; e em oposição, quanto menor o número de fios, mais rígido é 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 uns
sobre os outros, e provavelmente ocorre um certo tipo de flexão particular.
É bastante provável que exista concentração de tensões nesta ação complexa.
A tensão em um dos arames de um cabo que passa em torno de uma polia pode
ser calculada assim:
Nesta equação σ é a tensão de flexão nos fios isoladamente, E é o
módulo de elasticidade do cabo (e não dos arames), da é o diâmetro do arame
e D é diâmetro da polia. Pode-se notar a importância de usarem polias de
grandes diâmetros.
Um cabo de aço pode falhar devido ao fato de que a carga estática
excede a resistencia a tração do cabo. São comuns 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. Este tipo de falha é
uma função da pressão do cabo sobre a polia.
Onde, F = força de tração no cabo
d = diâmetro do cabo
D = 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.
"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 "
Correias
São utilizadas na maioria dos casos para a transmissão de potência
entre duas árvores paralelas. Neste tipo de transmissão a correia abraça
duas ou mais polias transmitindo assim a força tangencial por meio de
atrito entre a polia e a correia. Em funcionamento a polia codutora arrasta
a correia, e esta, a polia conduzida, vencendo a resistencia oferecida.
Como conseqüência, a polia motora traciona a correia de um lado e folga do
outro. As correias possuem algumas características:
a) Devem ser usadas para grandes distâncias entre eixos.
b) Devido ao deslizamento e a deformação das correias, a velocidade angular
não é constante, nem é exatamente igual a razão dos diâmetros das polias.
c) 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.
d) Quando se usam correias em V, pode-se obter alguma variação na razão das
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 eixos.
e) Usando-se correias, geralmente é necessário algum ajuste da distancia
entre eixos.
f) Pode-se obter um meio econômico de variar a razão de velocidades
empregando-se cones de polias.
e) Os choques e as vibrações são reduzidos devido a elasticidade da
correia.
g) É a mais econômica dos tipos de transmissão.
Correias Chatas
As correias chatas são geralmente empregadas quando a distancia entre os
eixos é muito grande. Tais correias são muito úteis em instalações de
acionamento em grupo, devido ao efeito de embreagem que pode se obter. São
muito eficientes para altas velocidades, podem transmitir grandes
potências, são bastante flexíveis e não precisam de grandes polias .Os
materiais usados para correias chatas são tecidos ou cordões impregnados de
borracha ou couro curtido.
Quando uma correia se movimenta e transmite potência, existe uma tensão
F1 no lado tenso e uma tensão menor F2 no lado frouxo. Desprezando-se a
força centrífuga na correia, as relação entre estas tensões será:
F1 = e f θ
F2
Onde f é o coeficiente de atrito entre a correia e a polia e o θ é o
angulo de abraçamento. A potência (em KW) transmitida é
P = (F1 – F2) V
1000
Onde V é a velocidade da correia em m s e F1 e F2 em newton (N).
Correia Trapezoidal ou em V
É feita de tecidos ou cordões, geralmente de algodão, cânhamo ou
raiom, impregnado de borracha. Ao contrário das correias chatas, as
trapezoidais podem operar com polias menores, e podem ser usadas em menores
distâncias entre eixos. Além disso, pode-se usar um determinado número de
correias com a mesma polia, constituindo assim um acionador múltiplo.São
também constituídas eliminando assim a junção que deve ser feita em
correias chatas.
Uma correia trapezoidal articulada é composta por um grande número de
elos feito de tecido impregnado com borracha, ligados por grampos metálicos
adequados. Podem ser desmontadas em qualquer ponto e ajustadas para
qualquer comprimento, removendo-se alguns elos. Isto elimina a necessidade
de se terem distâncias entre eixos ajustáveis e simplifica a montagem.
Obtém-se o comprimento da correia trapezoidal da mesma forma que da
correia chata. Contudo, não se recomendam longos comprimentos entre eixos
nas correias trapezoidais.
Na instalação das correias trapezoidais a polia menor deve ser
ranhurada e somente a menor deve ser lisa.
Uma das fortes características da correia trapezoidal é que a
excessiva vibração do ramo frouxo abrevia a duração da vida da correia. As
correias trapezoidais articuladas apresentam menor vibração, pois são
melhor balanceadas.
Correia Dentada
É uma correia patenteada, feita de tecido impregnado por borrachas e
fios de aço, que possui dentes que se encaixam em outros feitos na
superfície das polias. Tais correias não sofrem estiramento ou
escorregamento e, conseqüentemente, transmitem potência com velocidade
angular constante.Uma das vantagens da corria dentada é que não é
necessária nenhuma tensão inicial, de forma que se pode usar distância fixa
entre os eixos, além disso, elimina-se qualquer restrição à velocidade já
que os dentes permitem a sua utilização praticamente a qualquer velocidade,
rápida ou lenta.
Deve-se considerar as características das maquinas acionada e
acionadora na seleção da correia adequada. Se, por exemplo, o esforço é
iniciado freqüentemente por uma fonte de potencia cujo o torque de partida
é 200 por cento do torque de plena carga, então a potencia de plena carga
deve ser multiplicada por um fator de sobrecarga.
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.
Polias Lisas
As polias para correias chatas devem ser abauladas, para que as
correias se mantenham centradas, sem tendência a saltar da polia.
A ABNT-PB 30 padroniza as polias para correias chatas. "O diâmetro de
uma polia de transmissão para correia chata é o maior diâmetro externo do
aro, no plano de simetria perpendicular ao eixo". "A pista de um polia de
transmissão para correia chata é a superfície externa do aro da polia, na
qual se apóia a correia". "O perfil da pista deve ser um arco de
circunferência com centro no plano de simetria perpendicular ao eixo da
polia".
Polias Ranhuradas
O diâmetro nominal ou efetivo de uma polia ranhurada é o diâmetro
correspondente a velocidade da correia. Os ângulos de abraçamento são
padronizados em 38º, 36ºe 34º. Os diâmetros mínimos fornecem uma vida
razoável para a correia.
Polias tensoras
Para garantir tensão suficiente e aumento do angulo de abraçamento
pode-se recorrer, nas transmissões por correias chatas, a uma polia tensora
oscilante A instalação dessa polia deve seguir as seguintes condições
práticas:
- O diâmetro da polia tensora deve ser maior que o da polia menor;
- A instalação deve ser feita a uma distancia maior que a largura das
pistas das polias.
Existe um monograma que permite calcular rapidamente o tamanho da
polia para ventiladores, compressores e outras máquinas, acionadas por
correia em V.Utilizando-se a fórmula abaixo é possível calcular a rotação
do acionador:
Onde N1=rpm do acionador; N2= rpm do eixo acionado; D1= diâmetro
da polia acionadora; D2= diâmetro da polia acionada.
No quadro abaixo estão algum exemplos de polias e, ao lado, a
forma como são apresentadas em desenho técnico.
O dimensionamento das polias para os cabos metálicos é regido
pela limitação da pressão de um órgão sobre o outro. Esta pressão
(calculada com a expressão acima), quando excessiva, pode produzir a
deformação e o desgaste rápido do gorne da polia e ruptura prematura dos
arames do cabo por mordeduras, desgaste e fadiga.
Sob a ação de uma pressão excessiva, o cabo, ao ser comprimido
sobre a polia, deixa impressões ou sulcos.
Referências Bibliográficas
SHIGLEY, Joseph Edward, Elementos de Máquinas Vol. 2, Livros
Técnicos Científicos Editora S.A., 3° Edição, Rio de Janeiro, 1984.
MELCONIAN, Sarkis, Elementos de Máquinas, Editora Érica, 2°
Edição, São Paulo, 2000.
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 potência.
" "UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA " "
" "CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE " "
" "ENGENHARIA MECÂNICA " "
" "DISCIPLINA: ELEMENTOS DE MÁQUINAS II " "
" "PROFESSOR: NICODEMUS LIMA " "
Correias, Polias e Cabo de aço
Diego Rafael Camera
JOINVILLE, Abril de 2005.
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