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1filipe.canova@gmail.com; 2zevitor2@gmail.com; 3ricardolaraluis@gmail.com; 4sabrinaisabellepp@hotmail.com Transmissão por correias Canova F.L.C.¹, Vieira J.V.F.², Lara R.L.³, Pedro S.I.P.4 Faculdade de Tecnologia Tupy de Curitiba – UNISOCIESC Rod. Régis Bittencourt, 18805 – 81.690-300 – Curitiba – PR – Brasil Resumo. Transmissões por correias constituem dispositivos que transmitem torque e movimento de rotação entre eixos, são amplamente utilizadas na indústria pelo seu ba ixo custo, possibilidade de trabalhar com altas velocidades e também para redução de vibrações. As correias planas foras as pioneiras a serem utilizadas, elas eram de couro ou de materiais que transferissem força de forma mais confiável, porém eram rústicas e ocasionavam muitos problemas na linha de produção. Dessa forma foram sendo aprimoradas e criados outras variações como a correia em V e a sincronizada. Em conjunto com as correias estão as polias, que são peças cilíndricas que se movimentam através da rotação de um eixo de motor. Por isso é comum este tipo de transmissão também ser conhecido por transmissão por polias. Palavras chave: Transmissão por correias, polias, correias em V, correias planas. Introdução Transmissões por correias podem ser definidas por dispositivos utilizados para transmitir torque e movimento de rotação entre eixos [1]. Esses dispositivos são muito utilizados em vários segmentos na indústria, por serem versáteis e baratos. Dentre as principais características deste tipo de transmissão estão a facilidade de instalação, possibilidade de trabalhar com altas velocidades periféricas e também na utilização para redução de vibrações. Geralmente esses elementos são utilizados como substitutos de eixos, engrenagens, e outros dispositivos de transmissão de potência, sendo que em alguns casos há uma considerável redução do custo. Contexto Histórico A difusão das correias industriais juntamente com diversos elementos de máquinas tiveram grande desenvolvimento durante a revolução industrial, onde houve um aumento na demanda em busca por maquinários eficientes para inserção nas linhas de produção. As correias planas foram as primeiras a serem utilizadas, primeiramente em couro ou materiais que permitissem a transferência de força de forma confiável. Estas correias eram rústicas e causavam alguns problemas como parada nas linhas de produção, devido à isso, iniciou-se o desenvolvimento de correias com perfil em V, estas que não conseguiram substituir as correias planas, porem permitiram mais aplicações em diversos equipamentos, pois minimizavam o espaço de trabalho (correias e polias). As correias planas foram aperfeiçoadas pois permitem situações de trabalho que atendem bem a demanda, por exemplo em esteiras transportadoras, onde um perfil V não atende [2]. Definições Correia: São elementos de máquinas que tem a função de transmitir movimento de rotação entre eixos através de polias. Existem vários tipos de correias, tendo como os principais as planas, em V e sincronizadoras [3]. A transmissão por correias tem as vantagens de ter um custo inicial reduzido, instalação simples, alto coeficiente de atrito, boa resistência ao desgaste, baixa geração de ruído, possibilidade de trabalhar com grande distância entre centros e a altas velocidades periféricas [4]. Polias : São peças cilíndricas que se movimentam devido a rotação do eixo do motor, com a utilização das correias. Elas são constituídas por uma coroa aonde se enrola a correia, esta que está ligada a um cubo de roda através de um disco ou braço. Elas só apresentam braços a partir de 200mm de diâmetro, caso seja menor utilizam-se discos ligando a coroa ao cubo. Tipos de correias Planas: São versáteis e eficientes (cerca de 98% de eficiência, aproximadamente a mesma comparada com uma transmissão por engrenagens) e podem transmitir grandes quantidades de potência, geram baixo nível de ruído e absorvem bem as vibrações do sistema. A capacidade de tração da correria é feita através do atrito correia/polia [5]. Normalmente são compradas em rolos e corta-se o tamanho necessário para o projeto, existe uma forma de fazer a união das partes, fornecida pelo 1filipe.canova@gmail.com; 2zevitor2@gmail.com; 3ricardolaraluis@gmail.com; 4sabrinaisabellepp@hotmail.com fabricante, diferente dos outros tipos de correias na qual os tamanhos são padronizados [5]. A geometria para transmissões por correrias planas pode ser dos tipos: aberta ou fechadas, conforme Fig 01, podemos observar, a) sistema aberto, b)sistema fechado reversível, c) sistema aberto reversível, estes três tipos de configurações só podem ser obtidos por correrias planas, pois ambos os lados permitem capacidade de transmitir o atrito e torque necessário para transmissão [5]. Correias planas, assim como as em V, permitem uma configuração de transmissão de velocidade variável, ou seja, com apenas uma correia, e um sistema de polias cônicas ou polia bamba/motora é possível fazer a mudança de posição sem necessidade de desmontar o sistema ou utilizar uma embreagem para desacoplar o movimento, apensar um garfo é necessário para mudar sua posição, conforme Fig 02 e 03, somente correias planas permitem este deslizamento suave, correias em V podem realizar mudanças de velocidade com polias escalonadas, porém necessitam de sistemas mais complexos para movimentar a correia na polia [5]. Figura 01: Configurações geométricas de transmissão para correias planas [5]. Figura 02: Transmissão de velocidade através de polias em forma de cone [5]. Figura 03: Acoplamento de velocidade através de garfo, sem necessidade de utilizar embreagem [5]. Correias planas ainda permitem mais uma configuração diferenciada, além de ser montadas em árvores paralelas permitem a montagem em árvores perpendiculares, conforme Fig 04 [5]. Figura 04: Configuração de árvores de correias planas [6]. Trapezoidais : A correia trapezoidal transmite força e movimento por meio do contato com as laterais, superfícies entre a correia e a polia. São aplicadas essencialmente para o alcance do funcionamento correto em componentes auxiliares , como: motores, compressores, bombas de água, sistemas de ar-condicionado, alternador, direção hidráulica e transmissão de potência, são encontradas em dois modelos disponíveis: versão lisa ou versão dentada. A correia lisa é adequada para transmissões mecânicas, enquanto a opção dentada serve para transmissão em alta velocidade, em pequenos diâmetros de polias, proporcionando melhor distribuição das tensões térmicas [7]. Geometrias das correias trapezoidais: A classe mais utilizada entre as correias industriais é a I que vai da A até a E de acordo com a Fig 05. Na classe II ( 3V a 8V) tense correias de perfil alto, na classe III (F1 a F3) temos correias fracionárias, são utilizadas em baixa potência (frações). Podemos observar os principais tipos de correias trapezoidais dimensionadas em milímetros e 1filipe.canova@gmail.com; 2zevitor2@gmail.com; 3ricardolaraluis@gmail.com; 4sabrinaisabellepp@hotmail.com polegadas na Fig 05, a correia fracionária mais comum no mercado é a F1, utilizada na linha branca (lavadora de roupas por exemplo). As correias F2 e F3 só são produzidas por encomenda. Figura 05: Tipos e dimensões das principais correias trapezoidais [7]. Seleção das correias: Podemos selecionar correiastrapezoidais através de consulta em catálogos técnicos ou software específicos dos fabricantes, para selecionarmos adequadamente uma correia devemos seguir os alguns passos. O primeiro passo é conhecer os parâmetros de transmissão a ser realizado. No segundo passo é necessário determinar os parâmetros geométricos da transmissão. Por fim, no terceiro passo se faz a determinação da potência a ser transmitida, que pode ser feita através das tabelas nas Fig 06 e 07. A unidade de potência geralmente encontrada em tabelas é “HP” (Horse-Power), que já não é mais utilizada e substituída pela unidade “cv” (cavalo vapor) [6]. A relação entre “cv” e “W” (watt) é a seguinte: 1𝑐𝑣 = 735,5𝑊 (1) Figura 06: Seleção das correias da classe I em função da potência de rotação [7]. Figura 07: Seleção das correias da classe II em função da potência de rotação [7]. 1filipe.canova@gmail.com; 2zevitor2@gmail.com; 3ricardolaraluis@gmail.com; 4sabrinaisabellepp@hotmail.com Após a seleção da correia, é necessário definir o diâmetro da polia, e para isso são tabeladas nas Fig 08 e 09, o diâmetro menor em função da potência do motor e da rotação do eixo mais rápido [6]. Figura 08: Diâmetros de pitch mínimos recomendados para correias de classe I (em polegadas) [6]. Figura 09: Diâmetros externos mínimos recomendados para correias de classe II (em polegadas) [6]. Como os diâmetro das tabelas estão em polegadas, é necessário fazer a conversão para milímetros [5], da seguinte forma: 𝑑𝑚𝑚 = 25,4 . 𝑑𝑝𝑜𝑙 (2) Correias micro V ou poly V: Esse tipo de correia possui em sua superfície frisos em formato de “V”. Os frisos são longitudinais, ou seja, na direção do comprimento da correia. As vantagens dessas correias são que elas trabalham com polias de diâmetros menores e com altas velocidades [4]. Sincronizadoras : São requeridas quando se tem necessidade de uma transmissão de precisão, ou seja sem escorregamento nas polias, construídas de tecido emborrachado e revestidas de tecido ou náilon, possuem reforços internos para suportar trações, em aspecto são similares a correias planas porem com dentes em uma das faces, esta característica faz com que ela não se alongue nem deslize, transmitem potência a uma razão de velocidade angular assim como trações iniciais não são necessárias, na Fig 10 podemos observar uma correia em sua polia dentada [5]. Figura 10: Correia sincronizada e sua respectiva polia dentada [5]. Estas correias podem operar em uma extensa faixa de velocidades, possuem eficiência de até 99%. Por se tratarem de elementos de precisão, seus tamanhos são padronizados, ou seja grande parte de informações só estão disponíveis em catálogos de fabricantes, um dos principais parâmetros de padronização são os passos que variam de 5mm até 30mm, tudo de acordo com o serviço que será exigido da mesma, variando de extra leve até duplamente extrapesado [5]. Tipos de polias As polias podem ser planas ou trapezoidais, sendo que as planas podem ter a superfície plana ou abaulada. A superfície abaulada na polia tem a função de evitar que a correia deslize para fora durante o funcionamento. As trapezoidais tem esse nome porque a superfície na qual a correia fica tem forma geométrica de trapézio. E também temos as polias para correias dentadas, que se assemelham visualmente com uma engrenagem. Polias tensoras (esticadores): essas polias podem ser lisas ou dentadas e não transmitem potência. São utilizadas para tencionar correias, para quando a correia é muito grande ou quando a distância entre centros é pequena. As polias podem ser divididas em interna ou externa. A polia tensora interna deve ter o mesmo diâmetro da menor polia do sistema e deve ficar no centro para evitar desgaste da correia. Já a polia tensora externa deve ter o diâmetro 1,5 vezes maior que o diâmetro da polia 1filipe.canova@gmail.com; 2zevitor2@gmail.com; 3ricardolaraluis@gmail.com; 4sabrinaisabellepp@hotmail.com maior e deve ficar em contato com a parte de fora da correia, independentemente do tipo ou formato de correia [4]. Materiais de fabricação No princípio fabricavam-se correias de fibra de algodão como cordonéis, para a redução da flexibilidade e ganho de coeficiente de atrito na superfície da correia e aumento de torque e potência. Os cordonéis são embutidos em matrizes de borracha, com o desenvolvimento de novos materiais obteve-se maior resistência e rigidez, houve a substituição da borracha natural pela sintética, cordonéis de alta performance tem em sua configuração tiras de poliamida, poliéster, aramida, fibra de vidro, fibra de aço, fibra de poliéster para cada tipo de correia. A matéria prima presente em todos os tipos de correias é a borracha sintética e o neoprene, em seu revestimento normalmente utiliza-se o tecido de algodão ou de náilon impregnado com borracha. Na indústria utiliza-se bastante correias constituídas de borracha revestidas de lona, com cordonéis vulcanizados para maior suporte de tração. Entre os diversos materiais empregados na confecção de correias, atualmente os mais utilizados são: Correias de borracha e balata: reforçadas em algodão ou cordão de seda, sendo resistentes aproximadamente à 70ºC; correias de balatas até 45%, são resistentes a choques fortes. Ás de cordonéis de balata devido ao pequeno alongamento e resistência, atendem solicitações altas [8]; Correias têxteis : sua utilização considera o tipo de matéria-prima, fiação e impregnação. Os dados dos fabricantes são levados em consideração, correias de alto rendimento inteiriças tem como principais características grande resistência a velocidades e frequências de flexionamento altas [8]; Correias aglomeradas com material sintético: possui em sua construção uma camada de poliamid a e outra sobreposta de couro, possui alta resistência a tração, coeficiente de atrito elevado e boa regeneração. São específicas para transmissões de alta capacidade, curtas e altas velocidades tangenciais. Nessas correias evita-se ajuste posterior do comprimento da correia [8]; Fita de aço: são utilizadas em grandes potências e distância longa entre eixos, para o aumento de atrito adiciona-se uma camada em sua configuração de papel, cortiça ou couro. A distância entre eixos pode chegar até 100 metros [8]. A correia trapezoidal é fabricada com seção transversal em forma de trapézio, feita de borracha revestida de lona e é formada no seu interior por cordonéis vulcanizados para suportar as forças de tração [9]. Figura 11: Constituição de uma correia trapezoidal [9]. Transmissão Em geral na transmissão por correias, a polia que gera o movimento é chamada de polia motora, enquanto a que recebe o movimento é a polia movida. Figura 12: Geometria fundamental de transmissão por correias [1]. A velocidade periférica da correia pode ser encontrada pela multiplicação da velocidade angular “ω” da polia pelo raio “𝑟” da mesma. A velocidade angular, por sua vez, pode ser calculada sabendo a rotação “𝑛” em rpm [6]. 𝜔 = 𝑛 . 𝜋 30 (3) 𝑉 = 𝜔 . 𝑟 (4) E como a velocidade periférica é igual nas duas polias, a relação de transmissão pode ser definida como a razão entre o diâmetro da polia maior “𝑑2” pelo diâmetroda polia menor “𝑑1” [1][4][6]. 𝑖 = 𝑑2 𝑑1 (5) 1filipe.canova@gmail.com; 2zevitor2@gmail.com; 3ricardolaraluis@gmail.com; 4sabrinaisabellepp@hotmail.com Porém em algumas literaturas, a relação de transmissão pode ser encontrada pela razão entre o diâmetro da polia motora pelo diâmetro da polia movida [10]. 𝑖 = 𝑑𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟𝑎 𝑑𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑎 (6) Onde “V” é a velocidade tangencial, “d” é diâmetro da polia mencionada, “𝑛” é número de rotações por minuto (RPM) e “𝑖” é a relação de transmissão. Podemos também definir o ângulo incluído da correia “α”, os ângulos de abraçamento das polias (𝑏1 e 𝑏2 respectivamente) e o comprimento da correia “𝐿”. 𝛼 = sin−1 { 𝑑2 − 𝑑1 2 . 𝑒 } (7) 𝑏1 = 180° − 2 . 𝛼 (8) 𝑏2 = 180° + 2 . 𝛼 (9) 𝐿 = 2. 𝑒. cos(𝛼) + 𝜋. (𝑑1 . 𝑏1 360° . 𝑑2 . 𝑏2 360° ) (10) Onde “𝑒” seria a distância entre os centros das polias [1]. Conclusão Foram utilizados diversas literaturas que englobam o título de “elementos de máquinas” e observamos uma dispersão nas formas de abordagem das transmissões por correia, enquanto alguns fornecem fórmulas para cálculo de dimensionamento, outros tem como base tabelas e orientações de fabricantes. As transmissões por correias são muito utilizadas em diversos segmentos, desde impressoras convencionais, motores de veículos, esteiras de mercados , até equipamentos complexos dentro da indústria, isso porque possibilita a transmissão de força e torque desejados, possui baixos custos de implantação, facilidade de manutenção, além de em alguns casos servir como dispositivo de segurança, pois em um sistema movido por correias, se houver o travamento de algum eixo, a correia simplesmente arrebenta, evitando danos aos eixos acoplados. Este estudo nos mostrou que transmissões por correias são normalmente simples de projetar e de fácil desenvolvimento e operação, desde que seja utilizado corretamente os manuais de fabricantes e recomendações. Referências [1] L. O. A. Affonso, “Equipament os mecânicos – Análise de falhas e Solução de problemas” , 2ª edição, Rio de Janeiro: Qualitymark, 2006. [2] Bormax, correias e mangueiras industriais, “Origem das correias industriais”. Disponível em: <https://www.correiasindustriais.com.br/origem- das-correias>. Acesso em: 02 Maio 2019. [3] Telecurso 2000 “Elementos de Máquinas Apostila 2” Técnico Profissionalizante Metal- Mecânica industrial. [4] A. Franceschi, “Elementos de máquinas ”, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria: Rede e-Tec Brasil, 2014. [5] R. G. Budynas; J. K. Nisbett, “Elementos de máquinas de Shingley”, 8ª edição, Porto Alegre: AMGH, 2011. [6] S. Melconian, “Elementos de máquinas”, 4ª edição, São Paulo: Érica, 2000. [7] L. B. Cunha “Elementos de máquinas”, Rio de Janeiro: LTC, 2005. [8] G. Niemann, “Elementos de máquinas “, 1ª edição, São Paulo: Edgard Blücher, 1971. [9] P. S. C. Lino “Polias, Correias e Transmissão de Potência”, 2013. [10] J. M. Freire, “Introdução ás Máquinas Ferramentas”, volume 2, 2ª edição, Rio de Janeiro: Interciência, 1989.