La guía definitiva de la transmisión por correa: Maximizar la eficiencia y el rendimiento | MachineMFG

La guía definitiva de la transmisión por correa: Maximizar la eficiencia y el rendimiento

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¿Qué es la transmisión por correa?

Una transmisión por correa es un tipo de transmisión mecánica que transmite movimiento y potencia del eje motriz al eje conducido a través de un componente flexible intermedio: la correa de transmisión. Suele utilizarse en situaciones en las que los dos ejes están relativamente separados.

Comparada con otras transmisiones mecánicas, la transmisión por correa tiene una estructura más sencilla y un coste menor, lo que la convierte en una forma de transmisión mecánica ampliamente aplicada.

1. Principio de funcionamiento de la transmisión por correa

La transmisión por correa consta normalmente de una polea motriz, una polea conducida, una correa de transmisión tensada sobre las dos poleas y un bastidor de la máquina, como se muestra en la figura 8-1.

Figura 8-1 Transmisión por correa

1- Polea motriz
2- Polea motriz
3- Correa de transmisión

2. Tipos de transmisiones por correa

Las transmisiones por correa pueden clasificarse en friccionales y engranadas en función de sus principios de transmisión. En este artículo se tratan principalmente cuestiones relacionadas con las transmisiones por correa de fricción.

2.1. Las transmisiones por correa de fricción funcionan transmitiendo movimiento y potencia a través de la fuerza de fricción generada entre la correa de transmisión, que se ajusta firmemente a la polea, y la superficie de contacto de la polea. En función de la forma de la sección transversal de la correa de transmisión, pueden dividirse a su vez en correas planas, correas trapezoidales, correas de varios bordes y correas redondas.

Figura 8-2 Tipo de transmisión y forma de la sección transversal de la correa

2.1.1 La sección transversal de una correa plana es rectangular, y su superficie interior que entra en contacto con la polea es la cara de trabajo. Se utiliza principalmente para la transmisión a larga distancia entre dos ejes paralelos que giran en el mismo sentido.

2.1.2 La sección transversal de una correa trapezoidal es trapezoidal, con los dos lados en contacto con la ranura de la polea como superficies de trabajo. La ranura de la polea también es trapezoidal. El análisis de la fuerza en la superficie de la cuña revela que, en igualdad de condiciones de tensión y coeficiente de fricción, la fuerza de fricción generada por la correa trapezoidal es mayor que la de la correa plana.

Por lo tanto, la correa trapezoidal tiene una mayor capacidad de transmisión y una estructura más compacta, por lo que se utiliza ampliamente en la transmisión mecánica. Dependiendo de su anchura y altura relativas, las correas trapezoidales pueden dividirse a su vez en tipos como correas trapezoidales normales, correas trapezoidales estrechas, correas trapezoidales anchas, correas trapezoidales para automóviles, correas trapezoidales dentadas y correas trapezoidales de ángulo elevado. En la actualidad, las correas trapezoidales normales son las más utilizadas.

2.1.3 La correa de bordes múltiples, un híbrido de la correa plana y las correas trapezoidales múltiples, combina las ventajas de ambas y suele utilizarse en grandes sistemas de transmisión de potencia en los que se requiere una estructura compacta.

2.1.4 La sección transversal de una correa redonda es circular y sólo se utiliza en transmisiones de baja velocidad y potencia, como máquinas de coser e instrumentos.

2.2 La transmisión por correa engranada transmite el movimiento y la potencia engranando los dientes de la correa con los de la polea. En correa síncrona como se muestra en la Figura 8-3, es un ejemplo típico.

Figura 8-3 Transmisión por correa síncrona

Además de conservar las ventajas de la transmisión por correa de fricción, las correas síncronas también ofrecen una alta transmisión de potencia, relaciones de transmisión precisas y se utilizan a menudo en situaciones que requieren una transmisión suave y una alta precisión, como en grabadoras, mezcladoras de alimentos, máquinas herramienta CNC y maquinaria textil. La sección transversal de una correa síncrona es rectangular, con la superficie interior dentada.

A diferencia de la estructura de una correa en transmisión por fricción, la capa de resistencia de una correa síncrona está compuesta en su mayor parte por cables de acero, lo que se traduce en una menor deformación bajo carga. El borde de la polea síncrona también se fabrica con una forma de diente evolvente correspondiente a la superficie interior de la correa, producida mediante un proceso de generación por engranaje evolvente herramientas de corte. Por lo tanto, las dimensiones de los dientes de la polea dependen del tamaño de las herramientas de corte utilizadas.

3. Características de la transmisión por correa

La correa tiene una buena elasticidad, lo que le permite amortiguar y absorber las vibraciones, garantizando una transmisión suave con un ruido mínimo. En caso de sobrecarga, el deslizamiento entre la correa y la polea puede evitar daños a otras piezas, actuando como una forma de protección de seguridad. La estructura de la transmisión por correa es sencilla, fácil de fabricar, instalar y mantener, con bajos costes.

Durante el funcionamiento, la correa de transmisión puede presentar deslizamiento elástico, por lo que la relación de transmisión no puede mantenerse estrictamente. El tamaño del contorno de la transmisión por correa es grande, lo que reduce la eficiencia de la transmisión. Por lo tanto, la transmisión por correa generalmente transmite una potencia ≤ 50kW, con velocidades de correa de 5-25m/s, y una relación de transmisión no superior a 5. La eficiencia es de aproximadamente 0,92 - 0,97.

4. Deslizamiento elástico y modos de fallo en la transmisión por correa

La correa de transmisión es un cuerpo elástico que se estira bajo tensión, y la cantidad de este estiramiento elástico varía según la magnitud de la tensión. Durante el funcionamiento, la tensión del lado tensado (F1) supera la tensión del lado aflojado (F2), por lo que el estiramiento elástico del lado tensado es mayor que el del lado aflojado.

4.1 Deslizamiento elástico en la transmisión por correa

El deslizamiento elástico es un fenómeno único inherente a las operaciones de transmisión por correa y es inevitable durante el proceso de trabajo de la correa de transmisión. Cuando el lado tenso de la correa de transmisión entra en la polea motriz en el punto A, la velocidad v de la correa es igual a la velocidad circunferencial v1 de la polea 1. Pero a medida que la polea 1 gira del punto A al punto B, la fuerza de tracción experimentada por la correa de transmisión disminuye gradualmente de F1 a F2, y su extensión elástica también disminuye. En otras palabras, la correa de transmisión se acorta gradualmente, provocando un pequeño deslizamiento relativo hacia atrás a lo largo de la cara de la polea 1, lo que da lugar a una velocidad v de la correa inferior a la velocidad circunferencial v1 de la polea 1.

Del mismo modo, durante el proceso en el que la correa de transmisión impulsa la polea accionada 2 para girar desde el punto de entrada C hasta el punto de salida D debido a la fricción, la fuerza de tracción sobre la correa de transmisión aumenta gradualmente de F2 a F1, y la extensión elástica de la correa de transmisión también aumenta. Esto significa que la correa de transmisión se alarga gradualmente. En este momento, se produce un pequeño deslizamiento relativo hacia delante en la cara de la polea 2, haciendo que la velocidad v de la correa sea mayor que la velocidad v2 de la polea 2. El fenómeno de deslizamiento de la correa sobre la superficie de la polea debido a la deformación elástica de la correa de transmisión se denomina deslizamiento elástico.

El deslizamiento elástico puede provocar el desgaste de la correa de transmisión, lo que reduce su vida útil, y disminuir la velocidad de la polea motriz, lo que afecta a la relación de transmisión.

4.2 Modos de fallo de la transmisión por correa

Los principales modos de fallo durante el funcionamiento de una transmisión por correa son: deslizamiento de la correa sobre la polea, desgaste de la correa y fallo por fatiga.

4.2.1 Desviaciones

Las transmisiones por correa funcionan por fricción. Cuando la fuerza de tensión inicial F₀ es constante, si la fuerza circunferencial efectiva F supera la fuerza de fricción límite entre la correa y la superficie de la rueda, la correa experimentará un deslizamiento evidente y total sobre la superficie de la rueda, fenómeno conocido como deslizamiento.

Cuando la correa patina, aunque la polea motriz sigue girando, tanto la polea accionada como la correa sufren una pérdida sustancial de velocidad, o incluso se detienen por completo. El deslizamiento es un fenómeno perjudicial, ya que provoca fallos en la transmisión y agrava el desgaste de la correa. Durante el funcionamiento normal, debe evitarse el deslizamiento.

El deslizamiento elástico y el deslizamiento son dos conceptos claramente distintos. Sus diferencias se describen en la Tabla 8-1.

Tabla 8-1 Diferencias entre deslizamiento elástico y deslizamiento

ArtículoDeslizamiento elásticoDeslizamiento
FenómenoEl deslizamiento de la correa local sobre la superficie de la rueda localSe produce un deslizamiento relativo entre la correa y la superficie de la rueda en todo el arco de contacto
Causas de apariciónDiferencia de tensión a ambos lados de la correaLa fuerza de tracción efectiva alcanza o supera la fuerza de fricción final entre la correa y la superficie de la rueda
ConclusiónInevitablePuede evitar

4.2.2 Fallo por fatiga del Cinturón

La tensión sobre la correa de transmisión varía a medida que ésta funciona, formando una tensión alterna. Cuanto mayor sea la velocidad de giro y más corta sea la correa, más vueltas dará ésta alrededor de la polea por unidad de tiempo, lo que provocará cambios más frecuentes en la tensión. Con el tiempo, el efecto repetido de la alternancia de tensiones puede provocar la delaminación y el desgarro de la correa, lo que en última instancia conduce al fallo por fatiga, que a su vez provoca el fallo de la transmisión.

5. Dispositivos tensores para transmisiones por correa

La correa de transmisión, cuando se instala en la polea, debe tener una cierta tensión para garantizar el funcionamiento normal de la transmisión por correa. Sin embargo, después de funcionar durante un periodo de tiempo, la deformación plástica de la correa puede provocar holguras, reduciendo gradualmente la tensión inicial y disminuyendo la capacidad de carga de la correa.

Para controlar la tensión inicial de la correa de transmisión y garantizar la capacidad operativa de la transmisión por correa, debe utilizarse un dispositivo tensor adecuado. En la Figura 8-11 se muestran varios dispositivos tensores de uso común.

5.1 Dispositivo de tensión periódica

En las transmisiones por correa dispuestas horizontalmente o moderadamente inclinadas, puede utilizarse un dispositivo tensor como el de la figura 8-11(a). La posición del motor, equipado con una polea, se ajusta mediante un tornillo para aumentar la distancia entre centrosconsiguiendo así el tensado. El método de ajuste consiste en montar el motor en un raíl de deslizamiento y, durante el tensado inicial de la correa, el motor se empuja hasta la posición deseada mediante el tornillo de ajuste.

En transmisiones por correa verticales o casi verticales, puede utilizarse un dispositivo tensor como el que se muestra en la figura 8-11(b). Ajustando la posición del bastidor oscilante (centro del eje del motor), se aumenta la distancia central para lograr el tensado. El método de ajuste consiste en ajustar la tuerca del tornillo, haciendo que la base de la máquina oscile alrededor del eje de soporte fijo para ajustar la tensión inicial. Una vez ajustada la posición, es necesario bloquear la tuerca.

5.2 Dispositivo de tensado automático

La figura 8-11(c) muestra un dispositivo de tensado automático, en el que el motor, equipado con una polea, está montado en un bastidor oscilante flotante. Utilizando el peso del motor y del bastidor oscilante, la polea y el motor oscilan alrededor del eje de soporte fijo, ajustando automáticamente la distancia entre ejes para conseguir el tensado. Este método se utiliza habitualmente para transmisiones por correa con baja transmisión de potencia y disposición casi vertical.

La figura 8-11(e) muestra una rueda tensora que presiona automáticamente la correa debido a un peso, consiguiendo así el tensado. Este método se utiliza a menudo en transmisiones por correa plana con una relación de transmisión grande y una distancia entre ejes pequeña, y tiene un impacto significativo en la vida útil de la correa.

5.3. Utilización del dispositivo tensor de la polea tensora

Cuando no se puede ajustar la distancia entre ejes de la transmisión por correa, se puede utilizar una polea tensora para tensar la correa, como se muestra en la Figura 8-11(d). La polea tensora se instala generalmente en el interior del lado flojo para permitir que la correa sufra una flexión unidireccional. Para evitar que el ángulo de envoltura de la polea pequeña disminuya excesivamente, la polea tensora debe instalarse lo más cerca posible de la polea grande.

6. Requisitos específicos para la transmisión por correa

1. La velocidad lineal de la correa trapezoidal no debe superar los 25 metros por segundo, y la velocidad lineal de la correa plana suele ser de 10-20 metros por segundo. En casos especiales, puede reducirse. La velocidad lineal de la correa puede calcularse con la siguiente fórmula:

V = πDn / 60 x 1000 (metros/segundo)

Dónde

  • V- Velocidad lineal de la correa, (metros/segundo)
  • D- Diámetro de la polea de la correa, (mm)
  • n- Velocidad de rotación de la polea de la correa, (r/min)

2. El número de veces que la polea de la correa pequeña es pasada por la correa plana por segundo, C, no debe exceder de 3-5 veces, y para la correa trapezoidal, no debe exceder de 20 veces.

C = V / L (veces / segundo)

Donde L- Longitud de la cinta (m)

3. El ángulo de envoltura de la polea de la correa trapezoidal pequeña no debe ser inferior a 120° (150° para la correa plana); en caso contrario, debe reducirse la diferencia de diámetro entre las dos poleas de la correa, aumentar la distancia entre ejes o instalar una polea de presión.

4. El diámetro de la polea de la correa pequeña no debe ser demasiado pequeño para evitar la flexión excesiva de la correa, lo que acorta su vida útil.

Para las transmisiones por correa plana, el diámetro de la polea de la correa pequeña debe ser, por lo general, más de 25-30 veces el grosor de la cinta de tela.

El diámetro mínimo de la polea de correa plana pequeña, D_min, puede calcularse mediante la fórmula:

Dmin = C³√N / n1 (mm)

Dónde

  • C- Coeficiente de cálculo, C = 1150-1400
  • N- Potencia de transmisión (kw)
  • n1- Velocidad de rotación de la polea (r/min)

Para transmisiones por correa trapezoidal, el diámetro de la polea pequeña de la correa trapezoidal no debe ser inferior a los valores siguientes. De lo contrario, el ángulo de envoltura no es suficiente, y la correa es propensa a deslizarse y dañarse.

Modelo de correa trapezoidalOABCDEF
Diámetro mínimo de la polea pequeña (mm)70100148200315500800

5. La distancia entre ejes de las poleas de correa plana debe ser más del doble de la suma de los dos diámetros de rueda; la distancia entre ejes de las poleas de correa trapezoidal debe ser más de la mitad de la suma de los dos diámetros de rueda, pero no debe superar el doble de la suma.

6. La longitud L de la correa puede calcularse mediante la siguiente fórmula:

L=2A + π/2(D1+D2) + (D2-D1)²/4A [mm (transmisión abierta)]

En la fórmula, A representa la distancia central entre las dos poleas de correa (mm), y D2 y D1 denotan los diámetros de las poleas de correa grande y pequeña (mm), respectivamente.

7. La tensión inicial de la correa debe tensarse con una fuerza de unos 16-18 kg por centímetro cuadrado de sección transversal de la correa.

7. Selección del tipo de correa y del número de raíces

1. Para la transmisión por correa plana, la sección transversal de la correa puede calcularse en función de la potencia utilizada para la transmisión y de la velocidad lineal de la correa.

F=P/K (cm²)

En esta fórmula,

  • F - la sección transversal de la correa (cm²)
  • P - la tensión de trabajo de la correa (kg)
  • P=102×N/V.
    • N es la potencia del motor (kw) y V es la velocidad lineal de la correa (m/s).

K representa la tensión efectiva real, kg/cm². Para las correas de caucho, K puede elegirse dentro del intervalo de 10-25 kg/cm². Cuando la velocidad lineal es alta, el impacto de la carga es grande, la carga de arranque es grande, el tiempo de trabajo continuo es largo y el ángulo de envoltura es pequeño, puede elegirse un valor menor; en caso contrario, puede elegirse un valor mayor.

A partir de la sección transversal calculada, puede determinarse la anchura y el grosor de la correa. Con cada capa de la banda de aproximadamente 1,2 mm de grosor, puede aproximarse el número de capas de una banda plana.

2. Para la transmisión por correa trapezoidal, consulte la tabla siguiente para determinar el tipo de correa trapezoidal en función de la potencia transmitida.

La gama de potencia aplicable a los distintos tipos de correas trapezoidales.

Potencia de transmisión (kW)0.4-0.750.75-2.22.2-3.73.7-7.57.5-2020-4040-7575-150por encima de 150
Modelo recomendadoOO、AO,A,BA,BB,CC,DD,EE,FF

El número de correas trapezoidales, Z, puede calcularse mediante la siguiente fórmula:

Z = N / (Z0 * C1 * C2) ^ 0,5

Dónde:

  • N es la potencia transmitida (kW);
  • Z0 es la potencia transmitida por una correa trapezoidal simple, que puede determinarse a partir de la tabla siguiente;
  • C1 es el coeficiente de ángulo de envoltura, determinado por el ángulo de envoltura de la correa.
Ángulo de envoltura de la correa a180170160150140130120110100
C11.00.970.940.910.880.850.820.790.76

C2 - Coeficiente de condición de trabajo; 0,6-0,7.

8. Dimensiones de la ranura de la polea de la correa trapezoidal.

Las dimensiones de la ranura de la polea de la correa trapezoidal (véase la figura) figuran en la tabla siguiente.

Potencia (en kW) transmitida por una correa trapezoidal simple.

Modelo Polea de correa pequeña Diámetro D1 (mm)Velocidad de la cinta (m/s)
5101520
O50~630.310.590.881.07
800.380.741.041.29
>900.420.821.141.40
A80~900.591.041.321.33
1000.661.181.511.64
>1250.811.471.872.21
B1251.021.842.432.58
1401.122.062.803.10
>1801.322.413.283.94
C2OO1.983.604.805.52
2502.414.456.147.00
>2802.674.956.777.72
D3153.987.009.209.95
4005.079.1012.3014.40
>4505.459.9513.3015.40

Diagrama dimensional de las ranuras de la polea de la correa trapezoidal

Al calcular la relación de transmisión, el diámetro de la polea se refiere a la posición D del diagrama, no al borde exterior de la rueda. Además, hay que tener en cuenta que la correa tiene un deslizamiento 1%.

Dimensiones de la ranura de la polea de la correa trapezoidal:

Dimensiones de la ranura (mm)Modelo
OABCDEF
a10131722323850
ι10131722303648
c345791216
t12162127384458
s9121518232632
Ángulo de ranura correspondiente φDiámetro mínimo de la polea de la correa trapezoidal (en milímetros)
34°70100148200315500800
36°901251802504007101000
38°≥112≥160≥225≥315≥500≥800≥1250

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