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Cinturón (mecánico)

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Un par de cinturones en Vcinturon plano

UNA cinturón es una tira en bucle de material flexible, utilizada para unir mecánicamente dos o más ejes rotativos. Pueden usarse para mover objetos, para transmitir eficientemente potencia mecánica o para rastrear movimientos relativos. Los cinturones se enrollan sobre las poleas. En un sistema de dos poleas, la correa puede conducir las poleas en la misma dirección, o la correa puede cruzarse para que los ejes se muevan en direcciones opuestas. Una cinta transportadora está construida para transportar continuamente una carga entre dos puntos.

Transmisión de potencia

Las correas son la utilidad más barata para la transmisión de potencia entre ejes que pueden no ser paralelas. La transmisión de potencia se logra mediante correas y poleas especialmente diseñadas. Las demandas en un sistema de transmisión de transmisión por correa son grandes y esto ha llevado a muchas variaciones sobre el tema. Las correas funcionan suavemente y con poco ruido, y amortiguan el motor y los cojinetes contra los cambios de carga, aunque con menos resistencia que los engranajes o las cadenas. Sin embargo, las mejoras en la ingeniería de correas permiten el uso de correas en sistemas que anteriormente solo permitían cadenas o engranajes.

Pros y contras

Una transmisión por correa es simple, económica y no requiere ejes paralelos. Ayuda a proteger un automóvil de sobrecargas y atascos, amortiguándolo del ruido y las vibraciones. Las fluctuaciones de carga son amortiguadas (amortiguadas). No necesitan lubricación y solo poco mantenimiento. Tienen una alta eficiencia (90-98 por ciento), mayor tolerancia a la desalineación y son relativamente económicos. La acción del embrague se activa al liberar la tensión de la correa. Se pueden obtener diferentes velocidades por pasos o poleas cónicas.

Sin embargo, la relación de velocidad angular no es constante o igual a la de los diámetros de las poleas, debido al deslizamiento y el estiramiento. La acumulación de calor está presente, y la velocidad está limitada a aproximadamente 7000 pies por minuto (ft / min), y una potencia de solo 500 caballos de fuerza (hp). Las temperaturas oscilan entre -31 y 185 ° F. El ajuste de la distancia al centro o la adición de una polea loca es crucial para equilibrar el desgaste y el estiramiento. Para instalar correas sin fin, primero se debe desmontar el conjunto correspondiente.

Cinturones planos

Correas en un motor diesel marino Yanmar 2GM20.

Las correas planas se usaron al principio del eje de la línea para transmitir potencia en las fábricas.1 Es un sistema simple de transmisión de energía que se adapta bien a su época en la historia. Entregó alta potencia para altas velocidades (500 hp para 10,000 pies / min), en casos de correas anchas y poleas grandes. Sin embargo, estas unidades son voluminosas y requieren alta tensión, lo que genera cargas elevadas, por lo que las correas en V han reemplazado principalmente a las correas planas (excepto cuando se necesita alta velocidad por sobre la potencia). La Revolución Industrial pronto exigió más del sistema, ya que las poleas de correa planas deben alinearse cuidadosamente para evitar que la correa se deslice. Debido a que las correas planas tienden a deslizarse hacia el lado más alto de la polea, las poleas se hicieron con una cara ligeramente convexa (en lugar de plana) para mantener las correas centradas. La correa plana también tiende a deslizarse sobre la cara de la polea cuando se aplican cargas pesadas. En la práctica, a estos cinturones a menudo se les daba una media vuelta antes de unir los extremos (formando una tira de Möbius), de modo que el desgaste se distribuía uniformemente en ambos lados del cinturón (DB). Un buen uso moderno para una correa plana es con poleas más pequeñas y grandes distancias centrales. Se pueden conectar dentro y fuera de las poleas, y pueden venir tanto en construcción sin fin como articulada.

Cinturones redondos

Las correas redondas son una correa de sección transversal circular diseñada para correr en una polea con una ranura circular (o casi circular). Son para usar en situaciones de bajo par y pueden comprarse en varias longitudes o cortarse a la medida y unirse, ya sea mediante una grapa, pegado o soldadura (en el caso del poliuretano). Las primeras máquinas de coser utilizaron un cinturón de cuero, unido por una grapa de metal o pegado, con gran efecto.

Cinturones vee

El cinturón Vee (también conocido como cinturón en V o cuerda de cuña) proporcionó una solución temprana al problema de deslizamiento y alineación. Ahora es el cinturón básico de potencia para la transmisión. Proporciona la mejor gama de tracción, velocidad de movimiento, carga de los rodamientos y mayor vida útil. Fue desarrollado en 1917 por John Gates de la Gates Rubber Company. Generalmente son infinitas, y su forma general de sección transversal es trapezoidal. La forma de "V" de la correa se desliza en una ranura de acoplamiento en la polea (o polea), con el resultado de que la correa no puede deslizarse. La correa también tiende a acuñarse en la ranura a medida que aumenta la carga: cuanto mayor es la carga, mayor es la acción de cuña, lo que mejora la transmisión del par y hace que la correa en V sea una solución efectiva, ya que necesita menos ancho y tensión que las correas planas.

Las correas trapezoidales triunfan sobre las planas con sus pequeñas distancias entre centros y sus altas relaciones de reducción. La distancia central preferida es mayor que el diámetro de la polea más grande pero menos de tres veces la suma de ambas poleas. El rango de velocidad óptimo es de 1000-7000 pies / min. Las correas en V necesitan poleas más grandes para su mayor espesor que las correas planas. Se pueden suministrar en varias longitudes fijas o como una sección segmentada, donde los segmentos están unidos (empalmados) para formar una cinta de la longitud requerida. Para requisitos de alta potencia, dos o más correas en V se pueden unir una al lado de la otra en una disposición llamada multi-V, que se ejecuta en poleas de ranura múltiple. La resistencia de estas correas se obtiene mediante refuerzos con fibras como el acero, el poliéster o la aramida (por ejemplo, Twaron). Esto se conoce como transmisión por correa múltiple.

Cuando las correas sin fin no se ajustan a la necesidad, se pueden usar correas en V articuladas y de enlace. Sin embargo, son más débiles y su velocidad es de solo 4000 pies / min. Una correa trapezoidal de enlace es una serie de enlaces de tela de goma unidos por sujetadores metálicos. Son de longitud ajustable desmontando y quitando enlaces cuando sea necesario.

Cinturones de cine

Aunque a menudo se agrupan con cinturones planos, en realidad son de un tipo diferente. Consisten en una banda muy delgada (0,5-15 milímetros o 100-4000 micras) de plástico y ocasionalmente de goma. Generalmente están destinados a usos de baja potencia (diez hp o siete kW), alta velocidad, lo que permite una alta eficiencia (hasta 98 ​​por ciento) y una larga vida útil. Estos se ven en máquinas comerciales, grabadoras y otras operaciones de trabajo liviano.

Correas dentadas

Correas dentadas, (también conocidas como Dentado, Muesca o Diente) los cinturones son un positivo correa de transferencia y puede seguir el movimiento relativo. Estas correas tienen dientes que encajan en una polea dentada a juego. Cuando se tensan correctamente, no tienen deslizamiento, corren a velocidad constante y a menudo se usan para transferir movimiento directo con fines de indexación o sincronización (de ahí su nombre). A menudo se usan en lugar de cadenas o engranajes, por lo que hay menos ruido y no es necesario un baño de lubricación. Los árboles de levas de automóviles, sistemas de sincronización en miniatura y motores paso a paso a menudo utilizan estas correas. Las correas dentadas necesitan la menor tensión de todas las correas y se encuentran entre las más eficientes. Pueden soportar hasta 200 hp (150 kW) a velocidades de 16,000 pies / min, y no hay límite de velocidad.

Las correas dentadas con un diseño de diente helicoidal compensado están disponibles. El diseño helicoidal del diente compensado forma un patrón de chevron y hace que los dientes se enganchen progresivamente. El diseño del patrón de chevron se autoalinea. El diseño del patrón de chevron no hace el ruido que hacen algunas correas de sincronización a velocidades idiosincrásicas, y es más eficiente en la transferencia de potencia (hasta 98 ​​por ciento).

Las desventajas incluyen un alto precio inicial, ranurado de las poleas, menos protección contra sobrecargas y atascos, sin acción del embrague y contragolpe.

Cinturones especiales

Las correas normalmente transmiten energía en el lado de tensión del bucle. Sin embargo, existen diseños para transmisiones continuamente variables que usan correas que son una serie de bloques metálicos sólidos, unidos entre sí como en una cadena, transmitiendo potencia en el lado de compresión del bucle.

Los "cinturones en T" que simulan caminos rodantes para túneles de viento pueden alcanzar velocidades de hasta 250 km / h.2

Estándares de uso

La transmisión por correa abierta tiene ejes paralelos que giran en la misma dirección, mientras que la transmisión por correa cruzada también tiene ejes paralelos pero giran en dirección opuesta. El primero es mucho más común, y el segundo no es apropiado para correas de distribución estándar y V, porque las poleas contactan las superficies de la correa tanto interna como externa. Se pueden conectar ejes no paralelos si la línea central de la correa está alineada con el plano central de la polea. Los cinturones industriales suelen ser de caucho reforzado, pero a veces los tipos de cuero, cinturones no reforzados sin cuero, solo se pueden usar en aplicaciones ligeras.

La línea de cabeceo es la línea entre las superficies interna y externa que no está sujeta a tensión (como la superficie externa) ni a compresión (como la interna). Está a mitad de camino a través de las superficies en películas y correas planas y depende de la forma y el tamaño de la sección transversal en la distribución y las correas en V. Calcular el diámetro de paso es una tarea de ingeniería y está más allá del alcance de este artículo. La velocidad angular es inversamente proporcional al tamaño, por lo que cuanto mayor es la rueda, menor es la velocidad angular y viceversa. Las velocidades reales de la polea tienden a ser 0.5-1 por ciento menos que las calculadas generalmente debido al deslizamiento y estiramiento de la correa. En las correas dentadas, los dientes de relación inversa de la correa contribuyen a la medición exacta.

La velocidad de la correa se obtiene mediante la ecuación:

Velocidad = circunferencia basada en el diámetro de paso × velocidad angular en rpm

Criteria de selección

Las transmisiones por correa se construyen bajo las siguientes condiciones requeridas: velocidades y potencia transmitidas entre la transmisión y la unidad impulsada; distancia adecuada entre ejes; y condiciones de operación apropiadas.

La ecuación para el poder es:

Potencia (kW) = (par en newton-metros) × (rpm) × (2π radianes) / (60 seg × 1000 W)

Los factores de ajuste de potencia incluyen la relación de velocidad; distancia del eje (largo o corto); tipo de unidad de accionamiento (motor eléctrico, motor de combustión interna); entorno de servicio (aceitoso, húmedo, polvoriento); cargas de unidad impulsada (desigual, choque, invertida); y disposición de correa de polea (abierta, cruzada, girada). Estos se encuentran en manuales de ingeniería y literatura del fabricante. Cuando se corrige, la potencia se compara con las potencias nominales de las secciones transversales estándar de la correa a velocidades de correa particulares para encontrar una serie de conjuntos que funcionen mejor. Ahora se eligen los diámetros de las poleas. Generalmente, se eligen diámetros grandes o secciones transversales grandes, ya que, como se indicó anteriormente, las correas más grandes transmiten esta misma potencia a bajas velocidades de la correa que las correas más pequeñas a altas velocidades. Para mantener la parte de accionamiento en sus poleas más pequeñas, de diámetro mínimo se desean. Los diámetros mínimos de las poleas están limitados por el alargamiento de las fibras externas de la correa a medida que la correa se enrolla alrededor de las poleas. Las poleas pequeñas aumentan este alargamiento, reduciendo en gran medida la vida útil de la correa. Los diámetros mínimos de la polea a menudo se enumeran con cada sección transversal y velocidad, o se enumeran por separado por sección transversal de la correa. Después de elegir los diámetros más baratos y la sección de la correa, se calcula la longitud de la correa. Si se usan correas sin fin, es posible que sea necesario ajustar el espacio del eje deseado para acomodar las correas de longitud estándar. A menudo es más económico usar dos o más correas en V yuxtapuestas, en lugar de una correa más grande.

En grandes relaciones de velocidad o pequeñas distancias centrales, el ángulo de contacto entre la correa y la polea puede ser inferior a 180 °. Si este es el caso, la potencia del variador debe incrementarse aún más, de acuerdo con las tablas del fabricante, y el proceso de selección debe repetirse. Esto se debe a que las capacidades de potencia se basan en el estándar de un ángulo de contacto de 180 °. Los ángulos de contacto más pequeños significan menos área para que la correa obtenga tracción y, por lo tanto, la correa lleva menos potencia.

Tensión de la correa

La transmisión de potencia es una función de la tensión de la correa. Sin embargo, también aumenta con la tensión la tensión (carga) en la correa y los cojinetes. La correa ideal es la de la tensión más baja que no se desliza en cargas altas. Las tensiones de la correa también deben ajustarse al tipo de correa, tamaño, velocidad y diámetros de la polea. La tensión de la correa se determina midiendo la fuerza para desviar la correa una distancia dada por pulgada de polea. Las correas dentadas solo necesitan una tensión adecuada para mantener la correa en contacto con la polea.

Desgaste de la correa

La fatiga, más que la abrasión, es la culpable de la mayoría de los problemas de la correa. Este desgaste es causado por el estrés de rodar alrededor de las poleas. Alta tensión de la correa; deslizamiento excesivo; condiciones ambientales adversas; y las sobrecargas de la correa causadas por golpes, vibraciones o golpes de correa contribuyen a la fatiga de la correa.

Presupuesto

Para especificar completamente una correa, se requiere el material, la longitud y el tamaño y la forma de la sección transversal. Las correas dentadas, además, requieren que se indique el tamaño de los dientes. La longitud de la correa es la suma de la longitud central del sistema en ambos lados, la mitad de la circunferencia de ambas poleas y el cuadrado de la suma (si está cruzado) o la diferencia (si está abierto) de los radios. Por lo tanto, cuando se divide por la distancia central, se puede visualizar como la distancia central multiplicada por la altura que da el mismo valor al cuadrado de la diferencia de radio en, por supuesto, en ambos lados. Cuando se agrega a la longitud de cualquier lado, la longitud del cinturón aumenta, de manera similar al Teorema de Pitágoras. Un concepto importante para recordar es que como D1 se acerca a D2 hay menos distancia (y, por lo tanto, menos adición de longitud) hasta que se aproxima a cero.

Por otro lado, en una correa cruzada conduzca el suma en lugar de la diferencia de radios es la base para el cálculo de la longitud. Por lo tanto, cuanto más aumenta la transmisión pequeña, la longitud de la correa es mayor. De lo contrario, es similar.

Ver también

  • Máquina
  • Polea
  • Esfuerzo de torsión

Notas

  1. ↑ Rhys Jenkins Enlaces en la historia de la ingeniería y la tecnología de Tudor Times; Los papeles recogidos de Rhys Jenkins. Compuesto por artículos en la prensa profesional y técnica principalmente antes de 1920 y un catálogo de otros trabajos publicados (Ensayo Index Reprint Series. Freeport, Nueva York: Books for Libraries Press, 1971, ISBN 0836921674), 34.
  2. ^ Túnel de viento, nueva tecnología para simulación de efecto de suelo Pininfarina Aerodynamic and Aeroacoustic Research Center. Consultado el 30 de octubre de 2008.

Referencias

  • Bolton, W. Ciencia mecánica3ra ed. Oxford: Blackwell Pub, 2006. ISBN 978-1405152631
  • Brown, Henry T. 507 Movimientos mecánicos: mecanismos y dispositivos. Mineola, Nueva York: Dover, 2005. ISBN 978-0486443607
  • Erickson, Wallace D. Selección y aplicación de correas para ingenieros. Nueva York: M. Dekker, 1987. ISBN 0824773535
  • Sclater, Neil y Nicholas P. Chironis. Libro de consulta sobre mecanismos y dispositivos mecánicos4ta ed. Nueva York: McGraw-Hill, 2007. ISBN 0071361693

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