TRANSMISIONES FLEXIBLES TRANSMISIONES FLEXIBLES
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CORREAS - BANDAS TRANSMISIONES FLEXIBLES Ing. Jhon Fredy Hincapié Diseñador Mecánico CARACTERISTICA GENERALES Las transmisiones por correas se caracterizan por su forma especialmente sencilla, marcha silenciosa y una considerable capacidad de absorber elásticamente los choques. Sus componentes tienen generalmente un precio reducido, de aproximadamente el 63% del de las transmisiones por engranajes cilíndricos, sin embargo las dimensiones de las ruedas son mayores, así como las distancias entre centros y la carga sobre los cojinetes, la usualmente poca duración de la correa las cataloga como una transmisión de mediana durabilidad y existe deslizamiento elástico durante el funcionamiento de la transmisión. Las transmisiones por correas son transmisiones por fricción y flexibles, lo que le permite transmitir el movimiento de la polea conductora a la conducida, con la potencia deseada, gracias a la fuerza de rozamiento que surge en el contacto entre la polea y correa dado por el tensado de esta última. La transmisión por correas más sencilla consta de una polea conductora, una polea conducida y una correa montada con tensión sobre las poleas, que transmite la fuerza circunferencial por rozamiento. PARAMETROS PRINCIPALES Potencias. Los valores de las potencias transmisible van desde valores muy pequeños hasta medios (0.3 Kw hasta 50 Kw), pueden llegar a transmitir hasta 1500 Kw con transmisiones de gran tamaño y varias correas, correas multi-V o planas de gran ancho. Velocidades. La alta velocidad de la correa caracteriza a estas transmisiones. Generalmente las velocidades máximas pueden variar para cada tipo de correa. Eficiencia. La eficiencia en correas planas y dentadas puede ser de 0.98 y en correas trapeciales de 0.94 a 0.96. Razón de transmisión. Por lo general se emplean razones de transmisión cinemática de hasta 4 y 5, aunque pudiera llegarse incluso hasta 10 o 15. No se recomiendan razones de transmisión muy elevadas porque las dimensiones exteriores aumentan considerablemente y disminuye el ángulo de contacto en la polea menor en ausencia de rodillos tensores CAMPO DE APLICACIÓN Usualmente, las transmisiones por correas se emplean cuando se necesita: • Altas velocidades de rotación. • Rigurosas exigencias de suavidad de trabajo. • Distancias entre centros relativamente grandes. • Transmisión de rotación a varias poleas. •Transmisiones con bajo costo de inversión y mantenimiento. VENTAJAS Y DESVENTAJAS Ventajas Desventajas • Marcha casi silenciosa. • Buena absorción y amortiguación de choques. • Disposición sencilla, sin cárter ni lubricación. • Múltiples posibilidades de instalación para diferentes aplicaciones. • Desacoplamiento sencillo. • Bajo costo. • Variación sencilla de la relación de transmisión. Esto se logra en correas planas con poleas escalonadas y en correas trapeciales con poleas cónicas, que permiten variar el diámetro efectivo de las poleas. • Posibilidad de trabajar a altas velocidades de rotación. • Grandes dimensiones exteriores. • Inevitabilidad del deslizamiento elástico de la correa. • Grandes fuerzas sobre los árboles y apoyos debido a que la tensión total en ambos ramales de la correa es considerablemente mayor que la fuerza circunferencial a transmitir. • Variación del coeficiente de rozamiento a causa del polvo, suciedad, aceite o humedad. • Pequeña duración de las correas en transmisiones rápidas. CLASIFICACION - TRASMICIONES Según la disposición de la correa y los ejes Transmisión abierta. Se mantiene el Mismo sentido de rotación en las poleas. Transmisión cruzada. Se invierte el sentido de rotación en las poleas. Transmisión múltiple. Permite accionar diferentes poleas conductoras con una sola polea motriz. Transmisión semicruzada. Los ejes de rotación de las poleas se cruzan. Transmisión semicruzada angular. Los ejes de rotación de las poleas se cruzan con un ángulo determinado. Según la clase de tensado previo Transmisión como muchas poleas y rodillos de guías. Para trasmitir movimiento desde un eje a varios ejes. Transmisión como rodillo tensor.se emplea para aumentar el ángulo de contacto de la polea menor . Transmisión semicruzada angular con rodillo. Se emplean para aumentar el ángulo de contacto. Transmisión semicruzada con rodillo de guía. Cuando es necesario obtener los dos sentidos de rotación. Transmisión con tensado automático. Se mantiene el pretensado. Angulo de Abrazamiento Longitud de la Correa ANGULO DE ABRAZAMIENTO Dependiendo el ángulo que la banda abraza la polea, este tiene que ser multiplicado por un factor para garantizar que la potencia trasmitida por la correa no producirá deslizamiento entre la correa y la banda. Esto es mas perjudicial en poleas que tiene una alta relación de trasmisión entre ellas, ocasionando que los diámetros de las dos poleas sean muy distinto, uno muy pequeño mientras otro muy grande. CALCULO DE LAS TRANSMISIONES El objetivo del calculo de una transmisión, es la determinación de las dimensiones de la correa (o correas) de transmisión por las condiciones dadas de trabajo. Al mismo tiempo, de este calculo hallamos la carga y las dimensiones principales para construir los elementos de la trasmisión (polea, dispositivos Tensores, arboles y cojinetes). Las dimensiones y las cualidades de las correas se determinan por las normas. Naturalmente que el calculo de una transmisión por correa se debe confeccionar a base de las dimensiones normalizadas y de la calidad de las correas que manejan cada fabricante. Entre tano las normas que están en rigor para las correas no contienen todos los datos indispensables para el calculo total de las correas, lo que repercute en el método del calculo de las correas adoptado en la actualidad, el cual en cierta manera es convencional. Cada fabricante da la manera y forma de calcular las propiedades de la correa, pero esta manera no la sigue sus competidores, por eso cuando se cambia de una marca a otra, se debe tener presente re calcular con los datos de entrada y volver a seleccionar la correa (o el numero de correas) para la nueva marca. PRINCIPIO DE TRABAJO DE LAS TRANSMISIONES POR CORREAS. El principio de trabajo de las transmisiones por correa se basa en la dependencia analítica que existe entre las tensiones de un hilo flexible que envuelve en cilindro. Esta relación se conoce como la Ecuación de Euler, y se expresa de la forma: • S1 y S2 son la fuerza aplicada en los extremos del hilo. •ƒ es el coeficiente de rozamiento entre el hilo y el cilindro. •α es el ángulo (en radianes) abrazado por el hilo en el cilindro. La Ecuación de Euler para el caso de la transmisión por correas da una relación aproximada entre las tenciones de los ramales de la correa. En una transmisión por correas el aumento de la tensión en un ramal de la correa hace que disminuya la tensión en el otro, mientras que la suma de las tensiones se mantiene constante. Esto se defina en la Ecuación de Poncelet. • S0 es la tensión inicial. Por otro lado las tensiones en los ramales se relaciona con la fuerza útil que se desea transmitir. Si plantemos una sumatoria de momentos con respecto al centro de la polea se obtiene: De esta forma, en una transmisión sin movimiento o trabajando sin carga las tensiones son iguales en cada ramal e igual a S0, pero si se carga la transmisión con una fuerza periférica, las tensiones se distribuyen de la siguiente forma: Se deduce, al iniciar el movimiento en la transmisión se produce un alargamiento en el ramal inferior y un acortamiento en el superior, siendo ambas deformaciones de la misma magnitud, esto nos indica que en la superficie de la polea en contacto con la correa se produce un deslizamiento. La corre pasa por la polea conductora a una velocidad V1 y sale de ella con una velocidad V2, mientras que la polea conductora mantiene la velocidad periférica V1. en los punto de contacto, donde las velocidades son diferentes, debido a la elasticidad de la correa se produce lo que se conoce como deslizamiento elástico. El deslizamiento elástico no se produce en todo el arco de contacto entre la polea y la correa, sino solo en aquella parte que pertenece el ramal conductor de las poleas. En la medida que aumenta la carga, aumenta el ángulo de deslizamiento, disminuyendo el ángulo de reposo, de manera que en caso de una sobrecarga, el deslizamiento se extiende a todo el arco de contacto y el movimiento deslizante elástico se trasforma en resbalamiento. Provocando el rápido deterioro de la correa. α rep α des Angulo de reposo. Es el ángulo en el cual no hay movimiento relativo entre la polea y la correa. Angulo de deslizamiento. Coeficiente se Tracción. Es la relación entre el esfuerzo periférico que trasmite la corea F y la suma de las tensiones en sus ramales (S1+S2 ò 2So), se denomina coeficiente de tracción φ este coeficiente de tracción permite determinar la característica de tracción de cada transmisión. Zona de Trabajo (φ entre 0 y φo). En esta zona se transmite el movimiento de la polea motriz a la movida sin interrupciones. Zona de Trabajo inestable (φ entre φo y φ). En esta zona el deslizamiento elástico se convierte en resbalamiento por momentos. Zona de resbalamiento pleno(φ mayor φmax). Para este caso no se produce transmisión de movimiento de la polea conductora a la conducida. En una trasmisión por correas de tipo abierta, se conoce: • velocidad de la correa es de 10 m/s. • trasmite una potencia de 1Kw. • coeficiente de tracción φ = 0.6 • coeficiente de tracción maxima φmax = 1.15 … 1.3) φo La fuerza de tensado inicial en la correa So, para lograr la mayor eficiencia en la trasmisión. El rango de valores potencia máxima que puede ser transmitida con ese tensado, antes de ocurrir el patinaje. FACTOR DE SERVICIO para motores Para las trasmisiones de potencia, existe un factor, el cual modifica la potencia del motor, con la cual se seleccionan los diferentes elementos de trasmisión. FACTOR DE SERVICIO para motores El factor de servicio depende de la aplicación a la cual se someterá los diferentes elementos de trasmisión, para garantizar que estos pueden soportar el tipo de trabaja para lo cual son utilizados. FACTOR DE SERVICIO para motores **Para motores a explosión con cuatro ó más cilindros incrementar 1,0 al valor factor de servicio encontrado, para motores menor cantidad de cilindros, consultar en fábrica. TIPOS DE CORREAS Correa Redonda Correa Planas Correa Trapeciales Correa Multi V Correa Dentadas CORREAS REDONDAS Se emplean para bajas potencias, se caracterizan por el diámetro de la sección transversal d, que oscila en el Rango de 3 y 15mm. El perfil de las ranuras de la polea se selecciona de forma semicircular, con radio igual al de la correa, o trapecial con ángulo de 40º-60º. Son apropiadas para aplicaciones de bajas cargas, aplicaciones de poca responsabilidad, transmisiones pequeñas y en equipos de laboratorio. Se construyen de cuero, caprón, algodón y caucho. CORREAS REDONDAS Se utiliza principalmente para dos fines. 1º transmisión de potencia entre dos o mas ejes. 2º desplazamiento de producto a lo largo de una distancia especifica. CORREAS REDONDAS Transmisión de potencia Para las correas redondas se tiene un máximo permisible de potencia de transmisión de 2Kw . basada en la potencia y la velocidad de la polea mas rápida se selecciona un diámetro “d” tentativo de la correa, la cual nos da una fuerza tangencia máxima por correa. Dependiendo el numero de poleas en el cual se trasmite el movimiento y la diferencia entre el diámetro de las poleas, el Angulo de abrazamiento varia y ocasiona una perdida de potencia. Las poleas dependiendo su diámetro de la correa tiene un diámetro de polea mínimo. CORREAS REDONDAS Velocidad m/s Factor Acr. de contacto C1 Cuando el abrazamiento en la polea que gira mas rápida, es menor de 180º, se tiene que multiplicar la potencia de entrada por el factor de arco de contacto C1. ∆d. es la diferencia entre la polea mas grande y la polea mas pequeña. CORREAS REDONDAS Potencia - Velocidad Para determinar el diámetro de la correa, se entra a la tabla con velocidad lineal y la potencia en kilo vatios. CORREAS REDONDAS Características Físicas de la Correa. Basado en el diámetro “d” se seleccionan las características físicas de la correa y se calcula cual es la fuerza sobre el eje. CORREAS REDONDAS Características Geométricas de la Polea. Especificaciones geométricas de la polea redonda dependiendo el diámetro “d”. CORREAS PLANAS Son correas con sección transversal rectangular, definida por su espesor h, y su ancho b. en la zona del empalme la resistencia de la transmisión puede disminuir hasta un 85%. Los materiales mas utilizados para su construcción fueron en un inicio lana, cuero y algodón, en la actualidad se prefiere el caucho y las poliamidas, incluso existen correas planas metálicas semejantes a laminas metálicas. CORREAS PLANAS Se emplean fundamentalmente para las siguientes aplicaciones: cuando hay desplazamientos laterales. para grandes distancias entre centros. cuando existen grandes fuerzas periféricas. cuando hay flexión en los dos planos. para diámetros muy pequeños, ya que son muy flexibles y admiten un mayor tensado. CORREAS PLANAS para trasmisión de potencia Las correas planas pueden ser usadas en muchas formas de trasmisión de potencia. Básicamente son conocidas las de dos poleas (trasmisión abierta), sin embargo , las correas planas pueden ser usadas en aun gran variedad de diseños. Transmisión Abierta Transmisión Semi- Cruzada con rodillos guías Transmisión Múltiple Transmisión Semi- Cruzada CORREAS PLANAS para trasmisión de potencia Transmisión Cinta - Eje Transmisión Tangencial de Eje Transmisión de Rodillo Transportador de Carga CORREAS PLANAS tipos de correas planas TCPolyester TC-xxCL SPolyamide AAramide TF- •Grandes potencias •Simple unión •Gran Flexibilidad •Grandes potencias •Un mayor agarre entre las superficies •Grandes resistencia al impacto •Simple unión •Grandes resistencia al impacto •Gran durabilidad el desgaste •Alta flexibilidad •Simple unión •Grandes distancias Características CORREAS PLANAS tipo TC- TCF- Fuerza de tención N/mm Diámetro Polea Ancho Correa Potencia doble lado Código Correa Características CORREAS PLANAS tipo S- A- Fuerza de tención N/mm Diámetro Polea Ancho Correa Potencia doble lado Código Correa Características CORREAS PLANAS tipo TF- Fuerza de tención N/mm Diámetro Polea Ancho Correa Potencia doble lado Código Correa CORREAS PLANAS perfil de la polea Las poleas tiene un perfil ya definido, el cual es de una forma curva para proporcionar un mejor agarre y obtener una mejor trasmisión de potencia. CORREAS PLANAS perfil de la polea CORREAS TRAPECIALES Tienen una amplia aplicación en la industria, a partir de la necesidad que surge de accionamientos eléctricos independientes en los inicios del siglo XX. Esta correa admite una transmisión con distancia entre centros pequeña y grandes relaciones de transmisión. En estas condiciones las correas planas trabajaban muy mal y su capacidad de tracción era insuficiente. En cambio, tienen en desventaja la necesidad de mayores diámetros mínimos que sus compañeras planas. La sección transversal de una correa trapecial se define por su ancho b y su alto h. Estas correas tienen mayor capacidad tractiva debido a su forma, de manera que la fuerza de tracción es mayor respecto a las planas. Además de que el área de contacto correa-polea aumenta CORREAS TRAPECIALES perfiles Con la potencia de diseño y la velocidad del eje más rápido se consulta el siguiente gráfico en el cual se aprecia las 5 secciones más típicas de las correas. Cada sección aparece como una zona de un color particular. Con los datos ya indicados se observa en que zona se encuentra. Esto determina la sección de correa que se recomienda usar. CORREAS TRAPECIALES diámetro mínimos Conociendo la sección a utilizar se procede a obtener la relación de transmisión entre ejes “Rt". Se define como relación "1:Rt" a la razón entre las velocidades del eje rápido dividido por el eje lento. Ejemplo: Si el eje rápido gira a 1440 rpm y el eje lento a 800 rpm, la relación es "1:1.8“. Esta relación debe darse entre los diámetros de las poleas a utilizar: i =Dp / dp Dp: diámetro primitivo de la polea lenta. dp: diámetro primitivo de la polea rápida Conociendo la relación de transmisión “Rt" se procede a calcular los diámetros Dp y dp. Se recomienda usar como diámetros mínimo dependiendo el perfil los siguientes valores: CORREAS TRAPECIALES longitud efectiva Se procede dando un valor para dp y se calcula Dp de la forma siguiente: Dp = i * dp Con estos valores se puede calcular el largo L aproximado de la correa que se necesita. L = (2*C) + (1,57*(Dp + dp)) + (Dp - dp)2/(4*C) De donde L: longitud de la correa C: distancia tentativa entre ejes Dp ,dp: diámetros primitivos de las poleas Conociendo este valor y la sección utilizada, se consulta la tabla siguiente, que entrega la identificación de la correa adecuada. Esta identificación es una letra y un número, la letra indica el tamaño de la sección transversal de la correa (A, B, C, D, E) y el número representa el largo de la correa cuyo largo se aproxima lo más posible al largo L calculado. Como es muy probable que la correa seleccionada tenga un largo diferente de L se debe ajustar la distancia entre centros C acercado o alejando los ejes. CORREAS TRAPECIALES tabla de longitud efectiva CORREAS TRAPECIALES tabla de longitud efectiva CORREAS TRAPECIALES Conociendo la velocidad del eje rápido, la relación de transmisión “Rt" y la sección usada, se consulta la tabla correspondiente a la sección de correa utilizada. Se obtiene de ella la potencia que es capaz de conducir una sola correa P1, este valor se comparará con la potencia de diseño para calcular cuántas correas serán necesarias en su transmisión. Para realizar el cálculo final se necesitan dos factores de corrección. El primero es el factor C2 que considera la longitud de la correa. La cual se obtiene de tabla, se ingresa a ella por el número de correa o por la longitud y depende del perfil de la correa, ya sea A, B, C, D, E. CORREAS TRAPECIALES sección A para la potencia CORREAS TRAPECIALES sección A para la potencia CORREAS TRAPECIALES sección B para la potencia CORREAS TRAPECIALES sección B para la potencia CORREAS TRAPECIALES sección C para la potencia CORREAS TRAPECIALES sección C para la potencia CORREAS TRAPECIALES sección D para la potencia CORREAS TRAPECIALES sección D para la potencia CORREAS TRAPECIALES sección E para la potencia CORREAS TRAPECIALES sección E para la potencia CORREAS TRAPECIALES El último factor de corrección C3 considera el arco de contacto entre la correa y las poleas que en definitiva limita la capacidad de transmisión ya que este es un sistema que trabaja por roce. Con los valores de Dp y dp se consulta la tabla siguiente y se obtiene C3. Finalmente se calcula la cantidad de la correas que se necesita en la trasmisión: Z = Potencia de Diseño/(C2*C3*P1) Donde Z se aproxima al entero superior. CORREAS TRAPECIALES perfil de la poleas Tiene una forma de canal, en donde la correa entra y se sostiene para transmitir la potencia. El área de trasmisión de la potencia son las paredes laterales, las cuales están a un Angulo ya definido de 60º. Debido a esta característica tiene una gran ventaja a comparación de las bandas planas.
