UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA ETSEIB DEPARTAMENT D’ENGINYERIA MECÀNICA

TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Y TECNOLOGÍA DE MÁQUINAS

PARTE DE TECNOLOGÍA DE MÁQUINAS Tema 3 INTRODUCCIÓN A LAS TRANSMISIONES POR CORREA Enrique Zayas Figueras Jordi Martínez Miralles Barcelona, 2008

SUMARIO

Título: Introducción a las transmisiones por correas SUMARIO:

1

Introducción a las transmisiones por correas. Ventajas y desventajas de estas transmisiones. Tipos de transmisiones por correas. correas Soluciones constructivas. constructivas

2

Disposición general de una transmisión por correa: parámetros de la transmisión y longitud de la correa.

3

Dinámica del funcionamiento de una transmisión por correa (I): fuerza de tensado inicial, fuerza tangencial útil, deslizamiento funcional y su efecto en la relación de transmisión. Relación entre el deslizamiento funcional y la eficiencia.

SUMARIO

Título: Introducción a las transmisiones por correas SUMARIO:

4

Tipos de correas. Correa plana: características y materiales. Correa trapecial: características, tipos de correas trapeciales y su estructura. Fuerza tangencial en correas planas y trapeciales. Correas dentadas: características, materiales y tipos de perfiles.

5

Tipos de poleas. Poleas para correas, trapeciales y dentadas.

6

Dinámica del funcionamiento de una transmisión por correa (II): ecuación de Euler-Eytelwein, fuerzas de funcionamiento y sistemas de tensado previo.

7

Tensiones de funcionamiento en una transmisión por correa.

OBJETIVOS

Título: Introducción a las transmisiones por correas OBJETIVOS:

Identificar y caracterizar los elementos que constituyen una transmisión por correa. Identificar Id tifi y caracterizar t i transmisiones por correas.

l los

dif diferentes t

ti tipos

d de

Explicar las características generales, soluciones constructivas usuales y los aspectos dinámicos del f funcionamiento i i t de d las l transmisiones t i i por correa. Definir que es el deslizamiento funcional y explicar su influencia en el funcionamiento de una transmisión por correa.

OBJETIVOS

Título: Introducción a las transmisiones por correas OBJETIVOS:

Identificar y calcular las fuerzas que intervienen en la dinámica del funcionamiento de una transmisión por correa. Identificar y caracterizar los diferentes tipos de poleas utilizados en las transmisiones por correa. Identificar y caracterizar los diferentes tipos de correas (planas, trapeciales y dentadas) utilizados en este tipo de transmisiones. Identificar y caracterizar las tensiones que intervienen en la dinámica del funcionamiento de una transmisión por correa.

OBJETIVOS

Título: Introducción a las transmisiones por correas OBJETIVOS:

Identificar y caracterizar los diferentes sistemas de tensado previo de la correa utilizados en las transmisiones por correas. Interpretar el significado de los elementos que intervienen en la ecuación de Euler-Eytelwein en una transmisión por correa.

INTRODUCCIÓN A LAS TRANSMISIONES POR CORREAS

Ejemplos de aplicación de las transmisiones por correas

Fuente: Internet

Transmisión por correa plana en maquinaria de industria

Fuente: Internet

Transmisión por correa dentada en un motor de combustión interna

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS TRANSMISIONES POR CORREAS

Ventajas de la transmisiones por correas: – Marcha silenciosa. Absorción choques y vibraciones.

de

– Distancia entre ejes que puede ser elevada. – Disposición sencilla (sin cárter). – Coste inferior al de otras transmisiones (engranajes, cadenas). – Mantenimiento reducido. No requiere lubricación.

Fuente: Siegling Belting

Transmisión por correa plana

– Múltiples aplicaciones (en árboles de igual sentido de giro, de sentido contrario, para posición cruzada u oblicua de los árboles, accionamiento de varios árboles con una sola correa).

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS TRANSMISIONES POR CORREAS

Desventajas de las transmisiones por correas: – Volumen superior al de otras transmisiones (piezas de dimensiones grandes y mayor distancia entre ejes). – Relaciones de transmisión pequeñas (i = 8 como máximo). – Requiere tensión ó de montaje. Cargas C transversal sobre los ejes. – Deslizamiento elástico de la correa (1-2%).

Fuente: Siegling Belting

Transmisión por correa plana

– Variación de la longitud g de la correa y del coeficiente de fricción en función de las condiciones ambientales (temp. elevadas, polvo, contacto con vapor de agua, aceite, etc.)

TIPOS DE TRANSMISIONES POR CORREAS

Tipos básicos de transmisiones por correas

Fuente: Internet

Correa plana (Transmisión simple) Fuente: Internet

Correa trapecial (Transmisión múltiple)

Fuente: Norton

Correa dentada (Transmisión simple)

SOLUCIONES CONSTRUCTIVAS

Trayectorias Transmisión por correa abierta: se emplea en árboles paralelos, si giran en un mismo sentido. Es la transmisión más difundida. Transmisión por correa cruzada: se emplea en árboles paralelos, si giran en sentido opuesto. Transmisión T i ió por correa semicruzada: se emplea en árboles que se cruzan (generalmente a 90º).

DISPOSICIÓN GENERAL DE UNA TRANSMISIÓN POR CORREA

Caso más corriente: la polea pequeña es la conductora (d1) y la grande la conducida (d 2). n d i 1  2 n2 d1

1,  2 - ángulo á l de d contacto t t de d la l polea l menor (1) y de d la l mayor (2)  - ángulo de abertura

sin  

e - distancia entre centros de rotación

d 2 - d1 2e

1    2  2    2

DISPOSICIÓN GENERAL DE UNA TRANSMISIÓN POR CORREA

Cálculo de la longitud de la correa para el caso de transmisión con dos poleas sin ningún rodillo tensor:

L  2e cos  

 d1  d 2   2

  d 2 - d1    rad 

Cálculo aproximado de la longitud con: cos   1 y

L  2e 

 d1  d 2     d 2 - d 1  2

sin     rad

2

2e

DINÁMICA DE FUNCIONAMIENTO DE LAS TRANSMISIONES POR CORREA (I)

Cuando la transmisión está parada o no hay par resistente la correa está tensada con la fuerza de tensado inicial F0 .

Cuando hay par resistente T2 y par motor T1 :

F1 : Fuerza en el ramal descargado F2 : Fuerza en el ramal cargado Fuerza tangencia útil:

Ft  F2 - F1 con F2  F1 T1  Ft d1 2 ; T2  Ft d 2 2

DINÁMICA DE FUNCIONAMIENTO DE LAS TRANSMISIONES POR CORREA (I)

Deslizamiento funcional Es provocado p por p las variaciones de longitud de la correa al pasar por la poleas, asociadas a las variaciones de fuerzas de tracción en los dos ramales. Un segmento de correa del ramal descargado entra en contacto con la polea conducida. Mientras recorre el ángulo  2 no desliza. Cuando recorre el ángulo  se alarga ya que la fuerza tangencial pasa de F1 a (F2 (aumenta), y por tanto desliza. Un segmento de correa del ramal cargado entra en contacto con la polea conductora. Mientras recorre el ángulo 1 no desliza. Cuando recorre el ángulo  se acorta ya que la fuerza tangencial pasa de F2 a F1 (disminuye), y por tanto desliza. ((

DINÁMICA DE FUNCIONAMIENTO DE LAS TRANSMISIONES POR CORREA

Deslizamiento funcional v 2 en el ramal cargado Resultado: la velocidad tangencial g g es superior p a la velocidad tangencial v 1 en el ramal descargado. v 2  v1



 

v 2 - v1  0,01  0,02 v2

Con ψ deslizamiento funcional. Analogía: la correa se comporta de manera análoga a un fluido que pasa por una cañería con reducción de diámetro. Si el caudal másico se conserva, la velocidad aumenta al reducirse el diámetro. La relación de transmisión se ve afectada por ψ :

1  i

v2 d1 2

;

2 

v1 d2 2

1 v 2 d 2 d 2 v2 d2     2 v 1 d1 d1 v 2 1    d1 1   

i

d2 d1 1   

DINÁMICA DE FUNCIONAMIENTO DE LAS TRANSMISIONES POR CORREA

Relación entre el deslizamiento funcional y la eficiencia



P2 T2  2  P1 T1 1

d2  2   d1  T1  Ft 2  T2  Ft

 

T2 d 2  T1 d1

y

 2 d1  1    1 d 2

d 2 d1 1     1    d1 d2

Con  deslizamiento funcional.

TIPOS DE CORREAS

Correas planas Características: – Muy flexibles. Permiten radios de poleas pequeños. – Potencias y velocidades elevadas. – Requieren tensiones de montaje altas (superiores a las de las correas trapeciales). Ejes muy cargados. – Rendimientos de orden del 96 - 98 %. Fuente: Siegling Belting

Transmisión múltiple por correa plana

– Pueden funcionar por ambas caras para accionar poleas que giran en sentidos contrarios (transmisión múltiple). – Se monta sólo una correa en la transmisión (Z=1).

TIPOS DE CORREAS

Correas planas homogéneas Materiales:

Sección de una correa plana homogénea

– Cuero. Tratado y engrasado. Buen coeficiente de rozamiento pero se alarga con el tiempo. En desuso. – Textil. Capas de tejido con un pegamento aglomerante. Más resistente que las anteriores. En desuso. – Elastómero. Con alma textil o sintética. Las más polivalentes. – Material M t i l sintético i téti ( lá ti (plásticos, etc.). t ) Delgadas y flexibles. Resistentes al medio. – Acero. Para transmisiones de alta potencia.

TIPOS DE CORREAS

Correas planas compuestas 1

1

2

2

3

3

Fuente: Peters y Hopkins

Correa con capa de tracción de tiras de poliamida

Fuente: Peters y Hopkins

Correa con capa de tracción de cordaje

Reúnen las propiedades de los materiales antes mencionados. Estructura st uctu a de las as co correas eas p planas a as co compuestas: puestas 1. Capa de recubrimiento: de tejido, elastómero o cuero al cromo. 2. Capa de tracción: a) de cintas de material plástico (poliamida), b) de cordaje natural o sintético. (poliamida o poliéster). 3. Capa de adherencia: de elastómero o cuero al cromo.

TIPOS DE CORREAS

Correas trapeciales Características: – A igualdad de potencia a transmitir, requieren menos tensión inicial que las correas planas. Menos carga sobre los ejes de las poleas. – Velocidades máximas inferiores q que las de las correas planas (tienen más masa por unidad de longitud). – Más gruesas y menos flexibles que las planas. Radios mínimos de poleas más g grandes. – Rendimientos de orden del 92 - 94 %. Correa trapecial

– Se pueden montar múltiples correas en paralelo para transmitir potencias elevadas.

TIPOS DE CORREAS

Fuerza tangencial en transmisiones de correas plana y trapecial

Correa plana

F2 - F1   dFt

dFt   dFr

Correa trapecial dFr  2dFn sin   2  dFt  2  dFn 

Coeficiente de fricción aparente:   

 sin   2 

Valor de : entre 32º y 38º según tipo de perfil

 dFr sin   2 

TIPOS DE CORREAS

Tipos de correas trapeciales

Fuente: Optibelt

Clásicas (DIN 2215). A t l Actualmente t están tá siendo desplazadas por las correas de perfil estrecho.

Fuente: Optibelt

Estrechas (DIN 7753). T Transmiten it mayor potencia que las clásicas a igual anchura

Fuente: Optibelt

De flancos abiertos con ranurado i f i inferior (DIN 7753 y 2215). Más flexibles. Para diámetros de polea pequeños.

TIPOS DE CORREAS

Tipos de correas trapeciales

Fuente: Optibelt

Múltiples. Para aplicaciones especiales (t (transmisiones i i verticales, ti l poleas planas, bandas de transporte, etc.)

Fuente: Optibelt

Trapeciales anchas de flancos abiertos con ranuras i f i inferiores. Empleadas en variadores de par.

TIPOS DE CORREAS

Tipos de correas trapeciales

Fuente: Optibelt

Trapeciales dobles (DIN 7722). P Para mover varias i poleas l en un mismo plano y con cambios en el sentido de rotación.

Poli V. Está formada por una capa de recubrimiento b i i t que es plana, l capa de tracción y capa de adherencia acanalada longitudinalmente. Presenta las ventajas de alta flexibilidad y alta adherencia.

TIPOS DE CORREAS

Estructura de las correas trapeciales

Fuente: Optibelt

Correa estrecha

Fuente: Optibelt

Correa clásica

Correa de flancos abiertos con ranurado inferior

TIPOS DE CORREAS

Correas dentadas Características: – Transmiten potencia por arrastre de forma (engrane entre dientes de la correa y de la polea ).

Fuente: Reshetov

Correa dentada

– Garantizan el sincronismo entre el órgano conductor y el órgano conducido. No hay presencia de deslizamiento funcional. – Tensiones de montaje mínimas. Pequeño alargamiento de la correa y ejes j p poco cargados. g – Potencias y velocidades análogas a las de las correas planas.

Fuente: Internet

Transmisión de correa dentada – Rendimiento del orden del 96-98%

TIPOS DE CORREAS

Correas dentadas

Recubrimiento textil Cuerpo de caucho neopreno Cuerdas de tracción de fibras de vidrio

Fuente: Internet

Diente parabólico

Materiales: Poliuretano

– Fibras de tracción: acero, fibra de vidrio, vidrio poliéster poliéster, kevlar kevlar. Cables: Acero Poliéster Kevlar

– Material constituyente: elastómero, poliuretano.

TIPOS DE CORREAS

Tipos de perfiles en correas dentadas

HPPD. Perfil parabólico. Marcha silenciosa y alto rendimiento. K. Aplicaciones p de muy y baja j potencia y alta velocidad.

T. Perfil normal.

AT. Para potencias más grandes que las que se transmiten con el perfil T.

Doble. Permite accionamiento múltiple con cambio de sentido de giro.

TIPOS DE POLEAS

Poleas para correas planas anillo

2

1 alma

Cubo

Poleas cilíndricas obtenidas por fundición. Materiales: fundición gris, acero fundido, aleaciones ligeras.

1. Poleas de perfil redondeado. Permite el autocentraje de la correa (al menos una de las poleas de la transmisión ha de ser de este tipo). 2. Polea de construcción soldada a partir de chapas y perfiles de acero.

TIPOS DE POLEAS

Poleas para correas trapeciales

a)

b)

c)

a) Obtenida por fundición en molde b) y c) De chapa estampada y soldada

Poleas para una sola correa a)

b)

c)

Poleas para varias correas a) y b) Poleas obtenidas por fundición en molde c) Polea obtenida por estampación de chapa

TIPOS DE POLEAS

Poleas para correas dentadas

Polea dentada obtenida por fundición en molde y mecanizado (material aluminio)

Polea dentada con guías laterales obtenida por fundición en molde, mecanizado y soldadura. Materiales: Acero fundido, aleaciones ligeras y materiales plásticos (para aplicaciones de baja potencia).

DINÁMICA DE FUNCIONAMIENTO DE LAS TRANSMISIONES POR CORREA (II)

Fuerzas de funcionamiento Ecuación Ec ación de E ler EulerEytelwein: Establece la relación de fuerzas en cada ramal de la correa :

F2  Fc  e    e  1  m F1  Fc Caso límite: cuando   1

 - ángulo de deslizamiento. 1 - ángulo de contacto con la polea pequeña.  - coeficiente de fricción estático. Para correas trapeciales utilizar el  .

Fc  q v 2 - efecto de la fuerza centrífuga. Reduce la Ft disponible. q - masa de la correa por unidad de longitud. v - velocidad periférica de la correa

SISTEMAS DE TENSADO PREVIO

Sistemas de tensado previo 1. Por reglaje g j del estiramiento de la correa

Fuente: Niemann

a) Variando la distancia ente ejes 2. Con rodillo tensor flotante

Fuente: Niemann

b) Con rodillo tensor fijo 3. Por autotensado

Fuente: Niemann

SISTEMAS DE TENSADO PREVIO

1. Por reglaje del estiramiento de la correa En parado o sin transmitir par:

F1  F0 ; F2  F0 F1  F2 En marcha, transmitiendo par:

1: ramal descargado 2: ramal cargado

Ft  F2 - F1 F1  F0 - Ft 2 F2  F0  Ft 2

SISTEMAS DE TENSADO PREVIO

Fuerzas de funcionamiento (cont.) Fuerza F er a de tensado mínima (obtenida por reglaje de estiramiento de la correa)

F0   F2  F1  2  Fc 

1  m  1 F 2 t  m - 1 

Fuerza ue a de te tensado sado necesaria: ecesa a

 1  m  1  F0  C0  Fc  C s Ft  2  m - 1   

Con: C s - coeficiente de seguridad al patinaje. Para evitar que por causa de variaciones del p par a transmitir se entre en situación de patinaje general. Usualmente C s  1,3...1,5 . C0 - coeficiente de tensado inicial. Para considerar la perdida de tensión de la correa durante el rodaje inicial. C0  1,2...1,4 La tensión de la correa se ha de revisar periódicamente.

SISTEMAS DE TENSADO PREVIO

2. Por rodillo tensor flotante E parado En d o sin i transmitir t iti par: F1  F0  Fc

; F2  F0  Fc

F1  F2 En marcha, transmitiendo par:

1: ramal descargado 2: ramal cargado Ft  F2 - F1 F1   F0  Fc 

F2   F0  Fc   Ft F2  F1

SISTEMAS DE TENSADO PREVIO

3. Por autotensado E parado En d o sin i transmitir t iti par: F1  F0  Fc

; F2  F0  Fc

F1  F2 par: En marcha,, transmitiendo p

1: ramal descargado 2: ramal cargado Ft  F2 - F1 F1   F0  Fc   k Ft

F2   F0  Fc   1  k  Ft

k - Depende del sistema de montaje del grupo motor polea conductora.

TENSIONES EN EL FUNCIONAMIENTO DE UNA TRANSMISIÓN POR CORREAS

l

 1 : Tensión en el ramal l

descargado EB.

 2 : Tensión en el ramal cargado CD.

 f1 : Tensiones debida  f 2 a la flexión de la correa.

CONCLUSIONES

CONCLUSIONES:

1

Los transmisiones por correas son de gran aplicación en la práctica. Junto a las transmisiones de engranajes constituyen las transmisiones más aplicadas.

2

Las tipos básicos de transmisiones por correas son: por correas planas, correas trapeciales y correas dentadas (éstas son transmisiones síncronas).

3

Las transmisiones por correas permiten transmitir movimiento de rotación entre árboles con diferentes disposiciones en el espacio. espacio La disposición más habitual es la de ejes paralelos.

4

Dentro de las correas planas, las compuestas son las más utilizadas debido a sus ventajas.

CONCLUSIONES

CONCLUSIONES:

5

Las poleas se fabrican por diferente procesos: fundición, mecanizado, estampado, soldadura.

6

El fenómeno del deslizamiento funcional se debe a variaciones de la longitud de la correa. correa Éste hace que la relación de transmisión real, sea mayor que la prevista y evita lograr una transmisión síncrona.

7

Las transmisiones por correas dentadas, son transmisiones síncronas, debido a su principio de funcionamiento.

8

En la distribución de tensiones presentes en una transmisión por correa existen tensiones de tracción y de flexión, éstas últimas son tanto más grandes cuanto más pequeños son los radios de las poleas.