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Presentación de Elementos Flexibles de Transmisión de Potencia como lo son correas y bandas, sus características, ventajas y selección.
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República Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Politécnico “Antonio José de Sucre”
Vicerrectorado Barquisimeto – Departamento de Ingeniería Mecánica
Elementos Flexibles de Transmisión de potencia
Elementos de Maquina 2IntegrantesCarlos GallardoAngel Alvarado
Antecedentes HistóricosLas correas, cuerdas y cadenas se han utilizado como medios de tracción durante siglos. Los babilonios y los asirios utilizaron las cadenas por primera vez en máquinas para la extracción de agua. Hacia 1430, se utilizó la tracción mediante cuerda sin fin para accionar máquinas de molienda, y en los planos de Leonardo da Vinci (1452–1519) se muestran cadenas de eslabones.
Ángel Alvarado
Elementos Flexibles de Transmisión
Los elementos de máquinas flexibles, como bandas, cables o cadenas, se utilizan para la transmisión de potencia a distancias comparativamente grandes. Cuando se emplean estos elementos, por lo general, sustituyen a grupos de engranajes, ejes y sus cojinetes o a dispositivos de transmisión similares. Por lo tanto, simplifican mucho una máquina o instalación mecánica, y son así, un elemento importante para reducir costos.
Ángel Alvarado
Engranajes Vs Elementos Flexibles de Transmisión
1. Distancia entre Centros: Para las cadenas o correas no hay restricción, en cambio los engranajes estan limitados, ya que los diámetros primitivos deben ser tangentes. Esta ventaja resulta, a menudo, en bajo costo y diseño mas practico.
2. Fácil Instalación: Las tolerancias en el ensamblaje de correas y cadenas no es tan estricto como en el caso de los engranajes, dando esto como resultado un ahorro de tiempo en las instalaciones, lo cual puede ser importante en los requerimientos de producción de una planta.
3. Mejor Absorción de impactos: La elasticidad normal en la tension de una cadena o banda, asi como el efecto de amortiguacion del lubricante en las juntas de union (En el caso de las cadenas), proporcionan mejor absorcion a los golpes.
4. Mejor Acoplamiento: En los Engranajes hay una combinación de rodadura y deslizamiento entre los dientes engranados, mientras que los rodillos de una cadena engranan con los dientes de la rueda catalina en una acción de rodadura.
5. Mejor Distribución de Carga: En una cadena la carga es distribuida simultáneamente en un numero determinado de dientes de la rueda catalina, mientras que en los engranajes la carga es repartida en uno o dos dientes . Esto conduce a un desgaste menor.
Ángel Alvarado
Ventajas Elementos Flexibles
Engranajes Vs Elementos Flexibles de TransmisiónVentajas Engranajes
1. Limitación del Espacio: Cuando se trata de transmitir potencia entre ejes a muy corta distancia, los engranajes se prefieren a las cadenas y correas.
2. Relaciones de Velocidad: La máxima relación de velocidad para operaciones satisfactorias de un par de engranajes es usualmente mayor que para una cadena o correa.
3. Mayor velocidad y Potencia: Los engranajes pueden operar a velocidades rotativas mayores que las cadenas y correas; asi como también a altas potencias. En condiciones de mediana velocidad y potencia, ambos tipos pueden ser usados teniendo los engranajes la ligera ventaja de la compatibilidad.
Ángel Alvarado
Bandas o Correas de TransmisiónLas bandas o también llamadas correas son elementos flexibles para transmisión de potencia que suelen trabajar en poleas ya sean dentadas o acanaladas..
Son hechas de compuesto de caucho sintético y naturales, además presentan en su interior un tejido entrelazado de cordones de alta resistencia. Con el fin de volverlas mas resistentes a los temples que se producen en los arranques y cambio de velocidad de las maquinas.
Ángel Alvarado
Forma Geométrica de las correas o bandas.
Ángel Alvarado
Transmisión de Banda Plana o RedondaEste tipo de correa produce muy poco ruido y absorbe mayor vibración torsional del sistema y se utiliza en la industria textil, grafica, farmacéutica, plástica y en la industria en general.
Para análisis de Fuerza su pueden considerar 2 formas de montaje.
Ángel Alvarado
Montaje Normal o Abierto
Ángulos de Contacto de las poleasLongitud de
montaje normal para banda plana o redonda
Donde:D: Diámetro de polea mayor.d: Diámetro de polea menor.C: Distancia entre centros.Θ: Angulo de Contacto
Ángel Alvarado
Montaje Cruzado
Ángulo EnvolventeLongitud de
montaje cruzado para banda plana o redondaDonde:
D: Diámetro de polea mayor.d: Diámetro de polea menor.C: Distancia entre centros.Θ: Angulo de Contacto Nota: En este caso el Angulo envolvente
es igual en ambas poleas
Ángel Alvarado
La relaciones entra las fuerzas F1 y F2 Viene expresada a través de una función exponencial, igual que en el estudio de
frenos de cintas.Donde:µ: Coeficiente de FricciónΘ: Angulo de Contacto
Relación de Fuerzas
En el caso de que una fuerza centrifuga influya en la banda entonces la ecuación anterior se transforma en:Y la fuerza centrifuga viene dada
por: Donde:m: Masa de la banda por unidad de longitud.V: esta en unidades de longitud por segundo
Ángel Alvarado
PotenciaLa potencia trasmitida por la banda viene dada
por:
P=(F1-F2).V
Donde:P: Potencia (Watt)F: Fuerza (Newton)V: Velocidad ( m/s)
La potencia en caballos de vapor viene dada por:Donde:
F: Fuerza (Lb)V: Velocidad (ft/min)
Si limitamos la tensión máxima F1 de acuerdo a la tensión permisible, entonces:Donde:
Fi= (F1-F2)/2Fi: Tensión Inicial
Ángel Alvarado
De acuerdo a la variedad de materiales existen algunas propiedades que podemos observar en la siguiente tablaÁngel Alvarado
Por lo cual la Ecuación Anterior se puede escribir de la siguiente manera:
Donde:H:Potencia trasmitida (HP).Cp: Factor de Corrección de Polea.Cv: Factor de Corrección de Velocidad.Fa: Tensión Permisible en la banda (Lb).V: Velocidad de la banda ( ft/min).Ks: Factor de Servicio.
Ángel Alvarado
El Factor de corrección de velocidad se busca a través de la siguiente figura:
El Factor de corrección de polea se busca a través de la siguiente tabla:
Ángel Alvarado
Trasmisión de Banda en V o TrapecialesEstán hechas de tela y refuerzos de cordón generalmente de algodón, rayón o nylon y se impregna de caucho. Se usan con poleas ranuradas de sección similar y en distancia de centros mas cortos. Las bandas en V son ligeramente menos eficientes que la plana, pero varias pueden montarse paralelas en poleas ranuradas especiales, por lo tanto constituyen así una transmisión múltiple.
Se fabrica en ciertas longitudes y no tiene yuntas.
Carlos Gallardo
La Longitud efectiva o de paso de una banda en V esta dada por la ecuación:
Donde:C: Distancia entre centro.D: Diámetro de paso de la polea mayor.d: Diámetro de paso de la polea menor.Lp: Longitud de paso de la banda.
Carlos Gallardo
La seleccion de una banda en V se funda en obtener una duracion larga y libre de dificultades.
Para obtener con mayor exactitud los valores de una banda en V o trapeciales se utilizan las siguientes tablas:
(Secciones de bandas trapeciales estandares)
Transmisiones de Banda en V o Trapeciales
Carlos Gallardo
(Conversion de Longitud de Bandas para obtener la longitud de paso en pulgadas)
(Circunferencia Interna de Bandas en V Estandares)
Carlos Gallardo
(Factor de correccion K1 para el angulo de Contacto)
Carlos Gallardo
Factor de correccion de longitud de Banda K2
Multiplique por este factor el valor de la potencia nominal en hp por banda para obtener la potencia corregida.
Carlos Gallardo
Potencia Nominal en Hp de bandas Trapeciales (o en V) estandares.
Carlos Gallardo
Una banda reguladora no se estira o se desliza y en consecuencia transmite potencia segun la relacion de velocidades angulares cortante, no se necesita tension inicial, no requiere de lubricacion y son mas sencillas que la transmision por cadenas.
(Pasos estandares de bandas reguladoras)
Bandas Reguladoras o de Sincronizacion
Carlos Gallardo
Hay varios tipos de cadena para transmision de potencia, pero la mas usada es la cadena de rodillos. La aplicacion mas comun de esta es la transmision de cadena de una bicicleta y su caracteristica principal es que las transmision de cadena son de velocidad constante (puesto que no hay deslizamiento ni distension), larga vida util y la aptitud de impulsar varios ejes desde una misma fuente de potencia.
Transmision de Cadenas de Rodillos
Carlos Gallardo
Transmision de Cadenas de RodillosLa Velocidad (V) de desplazamiento de la cadena se define como el numero de unidades de longitud que sale de la catarina por unidad de tiempo, por lo tanto, la velocidad de una cadena en pies por minutos es:
Donde:N: Numero de dientes en la Rueda.P: Paso de la cadena (plg)N: Velocidad de la Catarina (rpm)
Carlos Gallardo
Transmision de Cadenas de RodillosLa Velocidad máxima de salida de la cadena es:
La Velocidad mínima de salida de la cadena es:
Carlos Gallardo
Se introduce =180N y se obtiene la variación de la velocidad.
Transmision de Cadenas de Rodillos
Las cadenas impulsoras no se fabrican en tamaños estándares con mas de 120 dientes debido al mismo alargamiento del paso lo cual originara que la cadena cabalgue en alto mucho antes de que se desgaste.
Carlos Gallardo
Transmision de Cadenas de RodillosEn general se requiere de capacidad extra en cadenas de rodillos cuando:1. La rueda menor tiene menos dientes en el caso
de transmisiones de baja velocidad.2. Las ruedas son extremadamente grandes.3. Ocurren cargas de choques o existen
frecuentemene inversiones de cargas.4. Se tienen tres o mas catarinas en la trasmision.5. La lubricacion es deficiente.6. La cadena debe orperar en condiciones
ambientales de suciedad o polvo.Carlos Gallardo
Transmision de Cadenas de RodillosPara tener en cuenta las consideraciones anteriores y otras deben obtenerse valores corregidos para la cadena de un torón o de múltiples torones, dichos factores corregidos son:
1. El factor de corrección k1 que corresponde al hecho de que la rueda impulsora puede tener mas de 17 dientes.
2. El factor de torones múltiples k2, que tiene en cuenta el hecho de que la potencia nominal no esta relacionada linealmente con el numero de torones
Ecuación de potencia corregida
Carlos Gallardo
La longitud de una cadena debe determinarse en función del numero de pasos y esta se obtiene por medio de la siguiente expresión:
Transmision de Cadenas de Rodillos
Donde:L: Longitud de la cadenaP: Paso de la cadenaC: Distancia entre centrosN1: Numero de dientes de la Catarina menorN2: Numero de dientes de la Catarina menor
Carlos Gallardo
Carlos Gallardo
Correas Vs CadenasVentajas de las cadenas
1. Deslizamiento: Las cadenas no resbalan, cosa que no sucede con las correas. Como resultado las cadenas mantienen la relación de velocidad constante y son mas eficientes ya que no existe la perdida de potencia.
2. Tension inicial: Las cadenas no requieren ninguna tension en el lado flojo, de esta manera los apoyos donde esta montado el eje sufren bajas cargas; en cambio, eso no ocurre con las correas. Por lo tanto, estas cargas bajas reducen el mantenimiento sobre los rodamientos y cojitenes.
3. Compactibilidad: Las cadenas son mas compactas que las correas, Para una capacidad dada, una transmisión por cadenas tendra tendra ruedas catalinas mas pequeñas en diametros que las poleas, de esta manera ocupan menos espacio.
4. Instalacion: Las cadenas son mas fáciles de Instalar. Una cadena se instala envolviendo esta sobre la rueda catalina de manera que encaje. En cambio, las correas se deben instalar con un equipo especial.
Correas Vs CadenasVentajas de las cadenas
5. Transmisión a varios ejes: Cuando se desea transmitir potencia a varios ejes desde el eje principal manteniendo una correcta velocidad de sincronismo, las cadenas son el elemento de transmisión de potencia mas aconsejables.
6. Seguridad: Las transmisiones por cadena, cuando se usan en una atmosfera inflamable, eliminan el peligro de incendio, cosa que no sucede con las correas debido a su producción de electricidad estática.
7. Durabilidad: Las cadenas no se deterioran fácilmente y no son afectadas por el sol, aceites y gradas. También pueden operar a altas temperaturas y son recomendables para bajas velocidades. La deformación de las cadenas debido a su desgaste normal es un proceso muy lento, por lo tanto no requieren ajustarse frecuente. Las correas necesitan tensarce frecuentemente, bien por el ajuste de los ejes, o acortando las correas.Carlos Gallardo
Carlos Gallardo
Correas Vs CadenasVentajas de las correas
1. Mantenimiento: Puesto que no ocurre ningún contacto metal-metal entre la correa y la polea, la transmisión de potencia por correa no requiere ninguna lubricación, pero las correas de cuero necesitan aplicaciones periódicas de revestimiento para preservar su flexibilidad.
2. Nivel de ruido: Una transmisión por correa opera a niveles de ruido menores que una transmisión por cadena.
3. Distancia entre centros: Transmisiones por correas planas se pueden usar donde grandes distancias entre centros harían impráctica una transmisión por cadena.
Correas Vs CadenasConclusión
Ningún tipo de transmisión de potencia es ideal para todo tipo de servicio. No obstante, deben tomarse en cuenta los siguientes factores económicos para una buena selección del mejor tipo:
1. Costo Original.
2. Expectativa de vida (Horas de Servicio).
3. Costo de Mantenimiento
4. Costos de la perdida de producción durante el tiempo de falla.
Carlos Gallardo
Ejercicios prácticos de Diseño de transmisiones Flexibles
De Potencia.
Ejercicio de Bandas o Correas
Ángel Alvarado
Ángel Alvarado
Dado:1. Un motor tipo repulsion-induccion de
50HP tien que accionar una trituradora de mandibulas. La trituradora esta equipada con una polea volante de 1250mm de diametro primitivo, de seccion “C” con 10 ranuras.
2. Velocidad del Motor 970 RPM3. Velocidad deseada para la trituradora
220 RPM4. No hay limites de distancia entre los
centro de los ejes.
Ángel Alvarado
Potencia ProyectadaDe la tabla 2, el factor de servicio que de debe usar para una trituradora de mandibulas y el motor tipo repulsion-induccion es de 1,8.Fs = 1,8.
Buscamos la potencia proyectada para la trasmision
H x Fs = 50HP x 1,3 = 90 HP
Ángel Alvarado
Tabla #02Factor de Servicio
Ángel Alvarado
Sección Transversal de la correa en V
Polea volante con ranuras “C” instalada en la trituradora a mandíbulas requiere correas en V, sección C.
Relación de Velocidad:
Ángel Alvarado
Diámetro de la Polea
Redondease a los 5mm mas próximos 315 y se obtiene una relación de velocidad de:
(Velocidad Satisfactoria)
Ángel Alvarado
Velocidad de la Correa870 Rpm para la polea pequeña de 315 mm
Ángel Alvarado
Distancia entre centros y números de correa en V:
Utilizamos:
Donde:Dp=315 mm
D= 1250
Pero
De modo que una buena distancia aproximada entre centro para usar es el diámetro de la polea grande 1250mm
Ángel Alvarado
Longitud tentativa de la Correa:
1,57(D+d) + distancia entre centros x 2
1,57(1250+315) + 1250 x 2 = 4957 mm
Luego nos vamos a la tabla 7 y se escoge una correa C-195 con longitud
primitiva de 5025
Tabla # 07Longitud primitiva standart de correas
Ángel Alvarado
Dist entre centro real =
Donde:A= Longitud primitiva de corea – 1,57(D+d)H= un factor de distancia entre centros dependiente en el valor (Tabla 8)
A=5025 – 1,57(1250-315)=3557,05
Con este valor vamos a tabla 8 para conseguir h=0,135
Ángel Alvarado
Ángel Alvarado
Tolerancia para Instalacion y Ajuste
La tabla 9 indica una tolerancia minima de 50 mm para instalacion y 100mm para ajuste.
Ángel Alvarado
Numero de Correas Requeridas
Para el cual el factor G es 0,918 ( Factor de corrección por arco de contacto)
Ángel Alvarado
Buscamos el factor de longitud de correa en la
tabla 11
Ángel Alvarado
Multiplicamos el factor de seguridad de correa por el factor de corrección por arco de contacto, Factor ”G” para obtener el factor de corrección.
1,07 x 0,91 =0,3317 (Factor de corrección)
Con el diámetro equivalente para una razón de velocidad de 3,97 y una polea chica de 315 mm vamos a la tabla A y conseguimos un factor de 1,14
Ángel Alvarado
Así Obtenemos
315 x 1,14 = 359 mm
La clasificación de HP para la velocidad de correa de 14,34 m/s es de 12,3 HP (Tabla 14)
Luego lo multiplicamos por el factor G
12,3 HP x 0,91 = 11,19 HP
Ángel Alvarado
Ángel Alvarado
Dividimos el Resultado de la potencia proyectada para obtener el numero de correas:
Como la polea volante de la trituradora tiene 10 ranuras, no es necesario usar 2 de las ranuras.
Ejercicio de Cadenas de rodillos
Carlos Gallardo
Seleccionar una cadena de rodillo para transmitir 10HP desde un eje intermedio hasta el eje principal de una maquina de estiramiento de alambres. El eje intermedio tiene un diámetro de 1 15/16 plg. Y gira a 1200 RPM. El eje principal es también de 1 15/16 plg. Y debe girar entre 378 – 383 RPM. La distancia entre centros es de aproximadamente de 22 ½ plg. La carga es irregular y presenta “Picos Altos” por lo que se puede catalogar como una carga de tipo ESTRA-PESADA. El periodo de servicio es de 10 horas por Día. Todas las partes son lubricadas por un sistema central.
Carlos Gallardo
Carlos Gallardo
Procedimiento:
Paso # 01: Factor de Servicio.
Según la tabla 4-2 la carga clasificada es Clase C.
Tabla 4.2Clasificación de la
Carga
Carlos Gallardo
Con la clasificación de la carga de clase C
Y el enunciado nos dice que el periodo se servicio es de 10 Horas por Día.
Nos dirigimos a la tabla 4.1 y buscamos nuestro factor de servicio.
En nuestro caso el factor de servicio es 1,4
Tabla 4.1
Carlos Gallardo
Paso # 02: Potencia del Diseño
La potencia de diseño será la potencia dada en el enunciado que es de 10HP por el factor de Servicio Calculado en el Paso #
01
Potencia de Diseño = 10 x1,4 = 14 HP
Carlos Gallardo
Paso # 03: Cadena Tentativa y Selección de la Rueda Catalina Pequeña.
Según la Figura 4.5 la selección tentativa es una cadena numero 60 (paso ¾ plg) con una rueda catalina
de 19 dientes.
A dicha tabla se entra con la potencia de diseño y a la velocidad (RPM) que gira el eje.
Carlos Gallardo
Figura 4.5
Carlos Gallardo
Paso # 04: Comprobación de cadena y Rueda Catalina pequeña.
En las tablas de capacidad de potencia para la cadena numero 60 con una rueda de 19 dientes y girando a 1200 RPM. La potencia transmitida por ramal es de 13, 87 HP, lo cual nos garantiza el 99% de la potencia de diseño, por lo que se puede considerar aceptable.
Carlos GallardoTabla 4.4
Carlos Gallardo
Paso# 05:Selección de Rueda Catalina Grande.
Como la velocidad mínima del eje conducido es de 378 – 383 RPM, La relación de Velocidad es:
De esta manera la rueda grande tendrá un numero de dientes igual a:
Dientes de la rueda grande = 19 x 3,175 = 60,32 Dientes.Se toma 60 Dientes para la rueda grande.
Carlos Gallardo
Esta combinación de 19 y 60 dientes producirá una velocidad de:
Relación de Velocidad entre las ruedas de 60 y 19 Dientes.
Velocidad de la Catalina Grande.
Esta relación de 19 y 60 Dientes produce una velocidad de 380 RPM. El cual esta comprendido entre el rango de 378 y 382 RPM.
Lo cual es Aceptable.
Carlos Gallardo
Paso #06: Longitud de la Cadena.
Carlos Gallardo
Paso #07: Corrección de la distancia entre centros.
Puesto que las cadenas se acoplan a números pares de pasos, utilizaremos 100 pasos y recalculamos la distancia entre centros.
Carlos Gallardo
Paso #08: Conclusión
Vemos que la solución final es de un piñón de 19 dientes y una rueda de 60 dientes instalados a una distancia entre centros de 22,14 plg ( con paso de ¾ plg).
Según las tablas de “Capacidad de Potencia” y para una cadena Numero 60 indica una lubricación tipo II y la lubricación de un sistema central esta dentro de este tipo.
Integrantes:
Carlos Gallardo
Ángel Alvarado
Elementos de Maquina II
