Trabalho De Elementos De Máquinas

UNIVERSIDADE DA REGIÃO DE JOINVILLE – UNIVILLE

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO MECÂNICA

ENGENHARIA DE PRODUÇÃO MECÂNICA

POLIAS, CORREIAS PLANAS, CORRENTES E CABO DE AÇO

ANDERSON DOMECIANO

JAZEÉL MENEZES TRINDADE

JEDIELSON OSTROSKI

JONATHAN GREIPEL

PAULO CÉSAR DA SILVA

THIAGO FAVARIN MARQUES

VALDIR FRANCISCO DA ROCHA JUNIOR

PROFESSOR MARCOS FRANCISCO IETKA

Processos Industriais

Joinville - SC

2013

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Representação de correia cruzada reversível e aberta não-reversível 7

Figura 2 – Exemplo de aplicação de correias 9

Figura 3 – Polias em “V” 11

Figura 4 – Representação do desgaste da correia 12

Figura 5 – Representação do gabarito 12

Figura 6 – Representação do alinhamento de Polias 13

Figura 7 – Correia Trapezoidal 15

Figura 8 – Correia Hexagonal 15

Figura 9 – Correia Duplo-V 15

Figura 10 – Correia Poli-V 16

Figura 11 – Tabela utilizada para dimensionar polias e correias 18

Figura 12 – Tabela de Fator de Correção do Arco de contato 19

Figura 13 – Tabela da Capacidade em hp por correia 20

Figura 14 – Constituição dos cabos de aço 22

Figura 15 – Composição Seale 24

Figura 16 – Composição Warrington 24

Figura 17 – Composição Filler 24

Figura 18 – Composição Warrington-Seale 25

Figura 19 – Alma de Fibra 25

Figura 20 – Alma de Aço 26

Figura 21 – Representação da Torção dos cabos de aço 26

Figura 22 – Cabos de Aço torção Lang 27

Figura 23 – Exemplo de utilização (guindastes) 30

Figura 24 – Representação das rodas motora e movida 31

Figura 25 – Acoplamento dos elos da corrente com os dentes da roda dentada 32

Figura 26 – Corrente de blocos 33

Figura 27 – Corrente de dentes invertidos 33

Figura 28 – Correntes de elos 34

Figura 29 – Correntes de elos livres 34

Figura 30 – Corrente de rolos ou roletes 35

Figura 31 – Partes da corrente de rolos ou roletes 35

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO 3

1 ENTENDENDO O QUE É TRANSMISSÃO POR CORREIAS 4

1.1 Tensionamento por correias 4

2. POLIAS 5

2.1 Tipos de correias e polias 5

2.1.1 Correias planas 5

2.1.2 Correias trapezoidais 6

2.1.3 Correias sextavadas 7

2.1.4 Correias Poli-V 7

3. Vantagens e desvantagens 8

3.1 Segurança 8

3.2 Versatilidade 8

3.3 Economia 9

4.Dimensionar polias e correias 9

4.1 Capacidade em hp por correia 11

CONCLUSAO 12

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 13

INTRODUÇÃO

Com a demanda de uso de energias vem aumentando com o passar os anos, se é necessário a busca de sistema de transmissão para amenizar esse desgaste da era de eficiência energética, um dos usos mais comuns é a transmissão por correia. O mais comuns dos usos é a transformação de energia elétrica em energia motriz ou mecânica.

A transmissão por correia é um sistema simples que vem ganhando cada vez mais espaço, principalmente na área industrial. Pela sua praticidade de manutenção, o baixo custo, facilidade de limpeza e possui grande proteção contra vibrações e sobrecargas.

Neste, ira tratar da apresentação sobre as correias como elemento de transmissão de potencia, usos e inovações, suas características, particularidades como o caso de cada tipo de polia que é associada a cada tipo de correia.

Ira se observar que o mais comum exemplo de uso é na transmissão de rotação entre dois eixos paralelos. Sempre composto por um par de polias, um dois eixos terá uma força motriz fixa e na outra teremos outro eixo que será movido através desse sistema.

1 CORREIAS

As correias, juntamente com as polias são um dos meios mais antigos de transmissão de movimento. E um elemento flexível, normalmente utilizado para transmissão de potencia entre dois eixos paralelos distantes. Elas são fabricadas em varias formas e com diversos materiais.

1.1 Generalidades

A transmissão de potencia no conjunto só se verifica possível em decorrência do atrito existente entre polia e correia. Para se obter este atrito, deve-se montar o conjunto com uma tensão inicial que comprimira a correia sobre a polia de forma uniforme. Entretanto, quando a transmissão esta em funcionamento, observa-se que os lados da correia não estão mais submetidos a mesma tensão; isso ocorre uma vez que a polia motriz traciona a correria de um lado (lado tenso) e a folga do outro (lado frouxo. Essa diferença de tensão verificada entre os lados tenso e frouxo da correia e responsável pelo fenômeno de deformação da mesma, também conhecido como "creep". Este fenômeno pode ser explicado da seguinte maneira: na polia motriz, a correia entra tensa (tração F1) e sai frouxa (tração F2); assim, a medida que a correia passa em torno da polia, a tensão diminui, gradualmente, de F1 para F2, e a correia sofre uma contração também gradual. Em consequência disso, sai da polia um comprimento menor de correia do que entra, uma vez que a correia perde um pouco do seu alongamento ao mover-se em torno da polia. Já na polia resistente, o fenômeno se repete, mas inversamente.

Outro fenômeno que pode acontecer em transmissões por correias e o deslize, sendo este consequência de uma tensão inicial insuficiente ou de uma sobrecarga excessiva no eixo resistente, o que causa uma compressão insuficiente da correia sobre a polia, não desenvolvendo o atrito necessário entre elas.

O deslize e o “creep” são fenômenos que se processam as custas de potencia do eixo motor e que, portanto, diminuem o rendimento da transmissão. O “creep” e um fenômeno inevitável, consequência da elasticidade dos materiais, mas as perdas de potencia dele decorrentes são pequenas e não afetam de modo sensível a qualidade da transmissão. Por outro lado, o deslize, quando excessivo, pode não somente diminuir apreciavelmente o rendimento da transmissão, mas também gerar calor capaz de danificar a superfície da correia. O deslize pode ser evitado com a aplicação de uma tensão inicial correta na correia.

Para entender esse tipo de aplicação, precisara saber, como sobre tensionamento de correias, polias, cálculos para dimensionamento de correias e o tipos de correias. A tensão sobre uma correia é de extrema importância, pois bem elaborada equipamento poderá funcionar com eficiência. O fato de tencionar com uma força maior que o especificado pode fazer com que a correia se arrebente ou até mesmo pode gerar um esforço excessivo sobre o eixo que pode torcer ou até mesmo cisalhar. No caso de tencionar de menos, pode ocorrer o deslizamento da correia não tendo uma eficiência adequada para a transmissão. No caso das polias são meios de transformação de energia, elas também precisam ser dimensionadas para cada tipo de aplicação. Mas nesse trabalho não daremos ênfase. Informaremos as possibilidades de trocas de rotação com o uso de polias de diferentes tamanho para cada aplicação. Os cálculos definidos nessa ocasião são referente ao tamanho da correia, independente do tipo de uso. Vamos conseguir definir qual o tamanho exato para cada tipo de correia com a respectiva polia. Outro detalhe é o caso do tipo de correia. Tem-se uma gama variada de correias, daremos particularidade entre as planas e as trapezoidais. Lembrando que a eficiência e vida útil de uma correia estão também aplicadas ao tipo de material de que ela é produzida. E também a polia e tensionamento devem ser adequadas.

1.2 Vantagens

As principais vantagens encontradas em transmissões por correias acontecem em função ao de o elemento ser flexível, não ter partes moveis e ter como principio de transmissão o atrito. Assim, pode-se citar como vantagens em relação a outros métodos de transmissão:

1.2.1 Segurança

A transmissão por correias oferece proteção contra choques (em decorrência do deslizamento), vibrações (em função de o elemento ser flexível) e sobrecarga (também decorrente do deslizamento). No caso do choque e/ou sobrecarga exceder a forca de atrito, ocorrera o deslizamento da correia, protegendo, assim, o sistema motor, o que não ocorre nas transmissões por correntes e engrenagens.

1.2.2 Economia

É mais econômica que qualquer outro tipo de transmissão, tanto no custo da instalação quanto da manutenção, uma vez que o preço das correias fabricadas em serie não e elevado, o mecanismo não exige lubrificação (como exigem correntes e engrenagens) e a substituição das correias gastas se faz fácil e economicamente. Também se tem uma economia de tempo de parada de produção, uma vez que as correias podem ser substituídas de um modo cômodo e rápido.

1.2.3 Versatilidade

As transmissões por correias podem ser projetadas com grandes reduções ou grandes multiplicações de rotações e, numa mesma instalação, com uma única correia, podem-se obter diferentes relações de velocidades, bastando para isso colocar a correia, ora em um par, ora em outro par de polias. Alem disto, a transmissão de rotações pode ser conseguida com rotações no mesmo sentido (correias abertas) ou em sentidos opostos (correias cruzadas).

Figura 1 – Representação de Correia cruzada reversível e aberta não-reversível

Fonte: Os Autores

1.2.4 Comodidade

Uma transmissão esta a salvo das vibrações que podem ser observadas nas transmissões por engrenagens. Isso se deve fato das correias serem flexíveis.

1.3 Tensionamento de correias

Um tensionamento correto nas correias de transmissão sem dúvida traz muitos benefícios e evita diversos aborrecimentos. Deve-se lembrar sempre de algumas regras básicas. A tensão ideal é aquela tensão mais baixa, na qual a correia trabalha sem "patinar" na polia, mesmo quando o equipamento for submetido ao torque mais alto. A tensão excessiva encurta a vida das correias, dos rolamentos/buchas e pode causar danos internos no motor/equipamento; por outro lado, uma baixa tensão provocará o deslizamento, gerando calor excessivo nas correias e ocasionando falhas prematuras. Após a troca de correias, checar a tensão das mesmas nas primeiras 48 horas de operação. Fazer inspeções periódicas no conjunto de acionamento, tencionando corretamente as correias quando necessário.

Para um tensionamento uniforme nas correias é recomendável não misturar marcas diferentes, instalar jogos com diâmetros e comprimentos da mesma série e não utilizar correias novas junto com correias velhas. O uso do equipamento com uma ou mais correias faltantes por períodos prolongados pode diferenciar o desgaste dos canais das polias e o tensionamento ficará incorreto após a substituição do conjunto de correias. Para efetuar o tensionamento correto, podem-se utilizar equipamentos de fácil uso. Tais como tensionamento tipo caneta ou tencionamento digital. Com baixo custo, pode-se adquirir em empresas que comercializam correias de transmissão o instrumento "medidor de tensão". Lembrando que os tipos canetas, não são aplicados em correia Poli-V, ou mais conhecida como cinta. As instruções para utilização e medição da tensão são fornecidas junto com o instrumento e são muito simples, possibilitando efetuar o tensionamento correto nas correias de transmissão, atendendo às recomendações dos fabricantes do equipamento.

1.4 Características, aplicações e materiais de fabricação

1.4.1 Características

Principais características das transmissões por correias:

- É uma transmissão essencialmente por atrito e este e resultante de uma compressão inicial entre a correia e a polia, através de uma carga inicial quando estacionaria.

- É adequada para grandes distancias entre eixos.

1.4.2 Aplicações

As aplicações são as mais diversas. Alguns exemplos são apresentados abaixo:

1.4.2.1 Variadores escalonados de velocidade

Transmissões por correia com relação de multiplicação variável em degraus. Diâmetro da polia deve ser feito de tal maneira que o comprimento necessário da correia seja suficiente para todos os degraus (figura 1).

Figura 2 – Exemplo de aplicação de correias

Fonte: Os Autores

1.4.2.2 Variadores contínuos

São normalmente utilizados para relação de transmissão entre 0,8 e 1,2, com graduação através do deslocamento axial dos discos cônicos, onde os diâmetros uteis (dm) das polias acionadora e acionada variam opostamente, de tal forma que se conserva a tensão sem a variação da distancia entre os eixos.

1.4.3 Composição Básica e Materiais de Fabricação

As correias mais antigas eram fabricadas em couro. Atualmente este material esta em desuso e se utilizado o e apenas para correias planas. A composição das correias modernas e de material compósito. E uma mistura de polímeros (borracha) com fibras vegetais (algodão ou cânhamo) ou materiais metálicos (arames ou cabos de aço).

A capacidade de carga de uma correia depende dos elementos internos de tração (fios de nylon ou arames ou cabos de aço, etc.), das condições de trabalho e da velocidade.

2 POLIAS

Polias são elementos mecânicos circulares, com ou sem canais periféricos, acoplados a eixos motores e movidos por máquinas e equipamentos. As polias, para funcionar, necessitam da presença de vínculos chamados correias. Quando em funcionamento, as polias e correias podem transferir e/ou transformar movimentos de um ponto para outro da máquina. Sempre haverá transferência de força.

As Polias ou roldanas servem para mudar a direção e o sentido da força com que puxamos um objeto (força de tração). Estas podem facilitar a realização de algumas tarefas, dependendo da maneira como elas são interligadas. Existem dois tipos de polias, as fixas e as móveis. As polias fixas são utilizadas para mudar a direção e sentido dos objetos, são muito utilizadas para suspender cargas. Já as polias móveis são utilizadas para reduzir esforços em um sistema. Cada polia móvel instalada em um sistema reduz a força pela metade.

As polias são classificadas em dois grupos: planas e trapezoidais. As polias trapezoidais são conhecidas pelo nome de polias em “V” e são as mais utilizadas em máquinas.

Figura 3 – Polias em “V”

Fonte: Os Autores

2.1 Cuidados exigidos com polias em “V”

As polias, para funcionarem adequadamente, exigem os seguintes cuidados:

• não apresentar desgastes nos canais;

• não apresentar as bordas trincadas, amassadas, oxidadas ou com porosidade;

• apresentar os canais livres de graxa, óleo ou tinta e corretamente dimensionados para receber as correias.

Como podemos observar nas ilustrações seguintes, à esquerda, temos uma correia corretamente assentada no canal da polia. A referida correia não ultrapassa a linha do diâmetro externo da polia nem toca no fundo do canal. À direita, por causa do desgaste sofrido pelo canal, a correia assenta-se no fundo. Nesse último caso, a polia deverá ser substituída para que a correia não venha a sofrer desgastes prematuros.

Figura 4 – Representação do desgaste da correia

Fonte: Os Autores

A verificação do dimensionamento dos canais das polias deve ser feita com o auxílio de um gabarito contendo o ângulo dos canais.

Figura 5 – Representação do gabarito

Fonte: Os Autores

2.2 Alinhamento de Polias

Além dos cuidados citados anteriormente, as polias em “V” exigem alinhamento. Polias desalinhadas danificam rapidamente as correias e forçam os eixos aumentando o desgaste dos mancais e os próprios eixos.

É recomendável, para fazer um bom alinhamento, usar uma régua paralela fazendo-a tocar toda a superfície lateral das polias, conforme mostra a figura.

Figura 6 – Representação do alinhamento de Polias

Fonte: Os Autores

2.1 Tipos de correias e polias

Para melhorar o rendimento de um sistema de transmissão, problema de atrito, desgaste e perda de energia utiliza-se conjuntos de polias e correias. Existem no mercado dois tipos básicos de correias, as correias em V (ou trapezoidais) e as correias planas. Normalmente, utilizam-se polias ranhuradas para correias trapezoidais e polias lisas e abauladas para correias planas. Existem, também, outros tipos de correias, porém são menos utilizadas, como, por exemplo, as de seção hexagonal, as Poli-V sincronizadoras, dentre outras. Os tipos de polia são determinados pela forma da superfície na qual a correia se assenta, estas podem ser planas ou trapezoidais.

2.1.1 Correias Planas

Correia plana é uma correia que se mantém plana sobre a polia e sua seção transversal é retangular e consideravelmente mais larga do que espessa. Este tipo de correia é utilizada em transmissões, onde as seguintes características são vantajosas: baixo custo inicial, flexível e conseqüentemente, absorvente de choques e vibrações. Apropriada para grandes distâncias entre os centros das polias, de longa duração, de funcionamento silencioso, deslizante quando ocorrer sobrecarga. As correias planas podem ser feitas de cânhamo, algodão, couro e borracha. Geralmente são fabricadas com cordões de algodão ou cânhamo, inseridos em borracha vulcanizada. O elemento de resistência é o cordão e a borracha serve para proteção. Nos conjuntos polias e correias planas, são utilizadas as polias lisas e abauladas. Esse abaulamento tem a função de manter a correia centrada. Este abaulamento não pode ser muito grande para evitar que a correia saia da polia.

2.1.2 Correias Trapezoidais

As correias trapezoidais possuem lados inclinados que se encaixam nas ranhuras (em V) das polias, conforme pode ser verificado na figura abaixo. Com os lados inclinados ligeiramente convexos, de maneira que ao sofrer encurvamento em torno da polia, os lados convexos tornam-se retos, tendo maior área de contato com a polia, o que proporciona maior força de atrito. Os elementos de tração são geralmente feitos de cordões de algodão ou nylon. O material acolchoante, pode ser de borracha ou um produto sintético de baixo preço, tal como, composto de borracha buna S ou neoprene, material resistente ao óleo. O encapamento externo, ou envelope, é composto por tecido impregnado em borracha especial, que tem a função de proteger os elementos internos de uma correia. A fabricação varia apenas em detalhes entre os diferentes fabricantes, como, por exemplo, a inclusão de uma camada de tecido ou de tela .

Figura 7 – Correia Trapezoidal

Fonte: Os Autores

2.1.3 Correias sextavadas ou de seção hexagonal

Correias sextavadas ou também conhecidas como duplo-v têm a sua nomenclatura decorrente da seção hexagonal de seus perfis. Foram desenvolvidas para serem utilizadas em acionamentos de dois ou mais eixos, onde é exigida a inversão no sentido de rotação, à transmissão de força pelos dois lados, com flexões e deflexões da correia, e onde houver necessidade da resistência contra a ação da abrasão do calor.

Figura 8 – Correia Hexagonal

Fonte: Os Autores

Figura 9 – Correia Duplo-V

Fonte: Os Autores

2.1.4 Correias Poli-V

As correias Poli-V são produzidas para as transmissões auxiliares de veículos, veículos comerciais, veículos industriais, entre outros. Tem como principais características Flexibilidade para um uso em polias de pequeno diâmetro, dimensão para o uso de somente uma correia para o comando de mais órgãos auxiliares, transmissão de potência mesmo com o dorso das correias, em particular no caso da “dupla rib.” e campo de temperatura de exercício elevado para garantir uma maior duração de vida.

Figura 10 – Correia Poli-V

Fonte: Os Autores

2.2 Vantagens e Desvantagens

As principais vantagens encontradas em transmissões por correias são:

 Não transmitem choques;

 Não apresentam problemas de lubrificação;

 É um elemento de proteção contra extrema sobre carga;

 São econômicas;

 De fácil manutenção .

E por não ter partes móveis e ter como princípio de transmissão o atrito. Assim, podemos citar como vantagens em relação a outros métodos de transmissão.

Algumas desvantagens, inconvenientes do uso de correias:

 No caso das lisas há escorregamento;

 Alta carga nos mancais e eixos;

 Devem ser protegidas de elementos externos;

 Proporção geométrica elevada.

As principais vantagens encontradas em transmissões por correias acontecem em função de o elemento ser flexíveis e substituição quando se é necessário. E por não ter partes móveis e ter como princípio de transmissão o atrito. Assim, podemos citar como vantagens em relação a outros métodos de transmissão:

2.3 Segurança

A transmissão por correias oferece proteção contra choques, vibrações e sobrecarga. No caso do choque e/ou sobrecarga exceder a força de atrito, ocorrerá o deslizamento da correia, protegendo assim o sistema motor, o que não ocorre nas transmissões por correntes e engrenagens visto que é fixo e qualquer parada repentina por choque ou alguma sobrecarga o mesmo ira se romper, ou até mesmo vai deteriorar o sistema motor. Para o caso de vibrações, a flexibilidade da correia da correia faz que as vibrações sejam amenizadas ou até mesmo nulas.

2.4 Versatilidade

As transmissões por correias podem ser projetadas com grandes reduções ou grandes multiplicações de rotações e, numa mesma instalação, com uma única correia, podem-se obter diferentes relações de velocidades, bastando para isso colocar a correia, ora em um par, ora em outro par de polias, como representadas na mostramos nos cálculos.

2.5 Economia

A transmissão por correias é mais econômica que qualquer outro tipo de transmissão, tanto no custo da instalação quanto da manutenção, uma vez que o preço das correias fabricadas em série não é elevado, o mecanismo não exige lubrificação (como exigem correntes e engrenagens) e a substituição das correias gastas se faz fácil e economicamente. Também se tem uma economia de tempo de parada de produção, uma vez que as correias podem ser substituídas de um modo cômodo e rápido.

2.6 Dimensionamento de polias e correias:

Para dimensionar polias tem-se uma tabela normalizada conforme abaixo:

Figura 11 – Tabela utilizada para dimensionar polias e correias

Fonte: Os Autores

Para saber a quantidade de correias temos:

HP do motor e fator de serviço é encontrado na especificação técnica do motor e, HP da correia e fator de correção do arco é encontrado nas tabelas a seguir:

Figura 12 – Tabela de Fator de Correção do arco de contato

Fonte: Os Autores

Figura 13 – Tabela da Capacidade em hp por correia

Fonte: Os Autores

3 CABOS DE AÇO

Como praticamente toda tecnologia moderna que conhecemos, o cabo de aço dos dias de hoje foi inventado pelos alemães e teve seu "boom" na época das grandes guerras mundiais, pois houve a necessidade de prender as minas e bombas aquáticas ao fundo do mar. Mais de 28 milhões de metros de cabo de aço foram usados para estes fins.

Cabo de aço é um tipo de corda feita de vários arames de aço enrolados em forma de hélice. Quando foi inventado, era comum a utilização de ferro forjado na fabricação destes arames, porém nos dias de hoje o aço é o material utilizado para a fabricação deste produto. Historicamente, o cabo de aço evoluiu das correntes de aço, uma vez que as mesmas apresentaram falhas para diversas utilizações.

A flexibilidade do cabo de aço faz com que ele se torne peça essencial para a funcionalidade de guindates e elevadores, assim como seu uso em gruas, e principalmente em sistemas de elevação de cargas.

A torção do cabo de aço nada mais é do que o modo de dizer para qual lado os arames foram torcidos na fabricação do cabo de aço. Esquerda, ou direita. Para determinar a torção do cabo de aço, basta olhar o cabo de uma certa distância e notar se os arames parecem estar sendo torcidos na direção que um relógio flui, e verá que é um cabo com torção à direita. Em caso contrário, será um cabo de aço com torção à esquerda.

Existe ainda as formas de torções: regular e lang. No cabo de aço de torção regular os arames que formam as pernas são torcidos em sentido oposto à torção das pernas. Por consequência se tornam mais manuseáveis e com boa resistência ao desgaste pela fricção das pernas internas. Já o cabo de aço de torção lang os arames que formam as pernas são torcidos no mesmo sentido da torção das pernas. Por consequência são mais flexíveis e resistentes à abrasão. Porém o cabo de aço de torção lang estão mais sujeitos à amassamentos e distorções.

3.1 Construção de um cabo de aço

Além das pernas do cabo de aço, que são formadas por arames torcidos, existe a alma do cabo de aço, que é a parte central do cabo. Esta alma pode ser de fibra (natural ou sintética) chamada de AF quando de fibra natural e de AFA para alma de fibra sintética, ou de aço (formada também por arames) chamada de AA (alma de aço constituída por uma perna) ou AACI (alma constituída por um outro cabo independente).

A alma de fibra dá uma maior flexibilidade ao cabo de aço, porém menor resistência à tração, enquanto a alma de aço dá uma maior resistência à tração, porém menor flexibilidade.

A especificação de um determinado tipo de cabo de aço - incluindo o número de arames por perna, o número de pernas, e a torção - possui um padrão normatizado. Este padrão foi criado para que seja possível a identificação de um cabo de aço.

Atualmente, existem 8 tipos de construção das pernas de um cabo de aço (além de cordoalhas): 6x7, 6x19, 6x25, 6x36, 6x37, 6x41, 8x19 e 19x7. O primeiro número indica a quantidade de pernas, e o segundo a quantidade de arames que formam as pernas. Cada tipo é indicado para um trabalho em específico, pois cada um deles possui vantagens e disvantagens comparando-os uns contra os outros.

3.2 Contituição dos cabos de aço

A constituição geral dos cabos de aço pode ser resumida em:

• Arame: obtido por estiragem;

• Perna: conjunto de arames enrolados entre si;

• Cabo: conjunto de pernas enroladas entre si em torno de um núcleo denominado alma.

Figura 14 – Constituição dos cabos de aço

Fonte: Os Autores

A classificação por classes é feita de seguinte forma: p x a TTT; sendo p o número de pernas, a o número de arames por perna e TTT tipo de alma e outras qualificações que variam de fabricante para fabricante.

A norma brasileira que contém especificações sobre cabos de aço é a NBR-6327.

3.3 Construção e Tipos

Construção de um cabo de aço é o termo usado para indicar o número de pernas, a quantidade de arames em cada perna, a sua composição e o tipo de alma.

As pernas dos cabos podem ser fabricadas em uma, duas ou mais operações, conforme sua composição. Nos primórdios da fabricação de cabos de aço as composições usuais dos arames nas pernas eram as que envolviam várias operações, com arames do mesmo diâmetro, tais como: 1 + 61 12 (2 operações) ou 1 + 6/12/18 (3 operações). Assim eram torcidos primeiramente 6 arames em volta de um arame central. Posteriormente, em nova passagem, o núcleo 1 + 6 arames era coberto com 12 arames. Esta nova camada tem por força um passo (distância em que um arame dá uma volta completa) diferente do passo do núcleo, o que ocasiona um cruzamento com arames internos, e o mesmo se repete ao se dar nova cobertura dos 12 arames com mais 18, para o caso da fabricação de pemas de 37 arames.

Com o aperfeiçoamento das técnicas de fabricação, foram desenvolvidas máquinas e construções de cabos que nos possibilitam a confecção das pemas em uma única operação, sendo todas as camadas do mesmo passo. Assim surgiram as composições "Seale", "Filler" e "Warrington", formadas de arames de diferentes diâmetros. Estas composições conservam as vantagens das anteriores e eliminam sua principal desvantagem, ou seja, o desgaste interno ocasionado pelo atrito no cruzamento dos arames.

Na composição "Seale" existem pelo menos duas camadas adjacentes com o mesmo número de arames. Todos os arames de uma mesma camada possuem alta resistência ao desgaste.

Figura 15 – Composição Seale

Fonte: Os Autores

"Warrington" é a composição onde existe pelo menos uma camada constituída de arames de dois diâmetros diferentes e alternada. Os cabos de aço fabricados com essa composição possuem boa resistência ao desgaste e boa resistência à fadiga.

Figura 16 – Composição Warrington

Fonte: Os Autores

A composição "Filler" possui arames principais e arames finos, que servem de enchimento para a boa acomodação dos outros arames. Os arames de enchimento não estão sujeitos às especificações que os arames principais devem satisfazer. Os cabos de aço fabricados com essa composição possuem boa resistência ao desgaste, boa resistência à fadiga e alta resistência ao amassamento.

Figura 17 – Composição Filler

Fonte: OS Autores

Por outro lado, ainda existem outros tipos de composições que são formadas pela aglutinação de duas das acima citadas, como por exemplo, a composição “Warrington-Seale”, que possui as principais características de cada composição, proporcionando ao cabo alta resistência à abrasão conjugado com alta resistência à fadiga de flexão.

Figura 18 – Composição Warrington-Seale

.

Fonte: Os Autores

3.4 Almas de Fibra

As almas de fibra em geral dão maior flexibilidade ao cabo de aço. Os cabos de aço CIMAF podem ter almas de fibras naturais (AF) ou de fibras artificiais (AFA). As almas de fibras naturais são normalmente de sisal, e as almas de fibras artificiais são geralmente de polipropileno.

Figura 19 – Alma de Fibra

Fonte: Os Autores

3.5 Almas de Aço

As almas de aço garantem maior resistência ao amassamento e aumentam a resistência à tração. A alma de aço pode ser formada por uma perna de cabo (AA) ou por um cabo de aço independente (AACI), sendo esta ultima modalidade preferida quando se exige do cabo maior flexibilidade, combinada com alta resistência à tração. Com exceção dos cabos até 8,0mm, todos os cabos de aço da CIMAF, quando fornecidos com alma de aço, são do tipo AACI.

Figura 20 – Alma de Aço

Fonte: Os Autores

Um cabo de 6 pernas com alma de aço apresenta um aumento de 7,5% na resistência à tração e aproximadamente 10% na massa em relação a um cabo com alma de fibra do mesmo diâmetro e construção.

3.6 Torção

Quando as pernas são torcidas da esquerda para a direita, diz-se que o cabo é de "Torção à direita" (Z).

Quando as pernas são torcidas da direita para a esquerda, diz-se que o cabo é de "Torção à esquerda" (S).

Nenhum cabo de aço com torção à esquerda deve ser pedido sem que primeiro sejam consideradas todas as características do seu uso. No cabo de torção regular, os arames de cada perna são torcidos em sentido oposto à torção das próprias pernas (em cruz). Como resultado, os arames do topo das pernas são posicionados aproximadamente paralelos ao eixo longitudinal do cabo de aço. Estes cabos são estáveis, possuem boa resistência ao desgaste interno e torção e são fáceis de manusear. Também possuem considerável resistência a amassamentos e deformações devido ao curto comprimento dos arames expostos.

Figura 21 – Representação da torção dos cabos de aço

Fonte: Os Autores

No cabo de torção Lang, os arames de cada perna são torcidos no mesmo sentido que o das próprias pernas. Os arames externos são posicionados diagonalmente ao eixo longitudinal do cabo de aço e com um comprimento maior de exposição que na torção regular. Devido ao fato dos arames externos possuírem maior área exposta, a torção Lang proporciona ao cabo de aço maior resistência à abrasão. São também mais flexíveis e possuem maior resistência à fadiga. Estão mais sujeitos ao desgaste interno, distorções e deformações e possuem baixa resistência aos amassamentos. Além do mais, os cabos de aço torção Lang devem ter sempre as suas extremidades permanentemente fixadas para prevenir a sua distorção e em vista disso, não são recomendados para movimentar cargas com apenas uma linha de cabo.

Figura 22 – Cabos de Aço torção Lang

Fonte: Os Autores

Nota: A não ser em casos especiais (como por exemplo, cabo trator de linhas aéreas) não se deve usar cabos de torção Lang com alma de fibra por apresentarem pouca estabilidade e pequena resistência aos amassamentos.

3.7 Comportamento

Em geral, quanto maior o número de fios numa perna, mais flexível é o cabo; e em oposição, quanto menor o número de fios, mais rígido é o cabo. Isto conduz a conclusão de que os cabos feitos de fios de arame finos são mais adequados à curvas de pequenos raios. No entanto, os fios finos se desgastarão mais rapidamente do que os grossos.

Quando um cabo de aço passa em torno de uma polia, ocorre um certo reajuste de seus elementos. Cada um dos fios e pernas deve deslizar uns sobre os outros, e provavelmente ocorre certo tipo de flexão particular. É bastante provável que exista concentração de tensões nesta ação complexa. A tensão em um dos arames de um cabo que passa em torno de uma polia pode ser calculada assim:

Nesta equação é a tensão de flexão nos fios isoladamente, E é o módulo de elasticidade do cabo (e não dos arames), da é o diâmetro do arame e D é diâmetro da polia. Pode-se notar a importância de usarem polias de grandes diâmetros.

Um cabo de aço pode falhar devido ao fato de que a carga estática excede a resistência à tração do cabo. São comuns as falhas devido ao desgaste por abrasão ou fadiga. Uma falha por fadiga aparece primeira através de alguns arames partidos na superfície do cabo. O exame dos cabos não mostrou nenhum efeito de redução da seção reta. Portanto, a falha é de natureza frágil e associável ao fenômeno de fadiga. Este tipo de falha é uma função da pressão do cabo sobre a polia.

Onde,

F = força de tração no cabo

d = diâmetro do cabo

D = diâmetro da polia.

A resistência dos cabos de aço varia bastante, já que depende do diâmetro do arame assim como do material, como podemos constatar a seguir:

Aço de alta resistência 1400 Mpa

Aço de media resistência 1200 Mpa

Aço fundido ultra-resistente 1100 Mpa

Aço fundido 970 Mpa

Ferro 450 Mpa

3.8 Exemplo de Cálculo

Dimensionar um cabo de aço, que será usado em um guincho, para transportar 1000kg.

- Carga: 1000kg

- Tipo de serviço: guincho

- Fator de segurança: dos anexos => 5

Cr = C . n

Cr = 1000 . 5

Cr = 5000 kg

F = 5000 kgf

Indo novamente a tabela (cargas de ruptura nos anexos), para uma carga de ruptura maior ou igual a 5000kgf, pode-se escolher um diâmetro de 3/8”. Nessa bitola todos os tipos de construção suportam a carga. Opta-se pelo tipo 6x25 por ser mais flexível.

Para efetuar a compra é preciso especificar a quantidade (em metros) o diâmetro (3/8” nesse caso), a construção (6x25), o tipo de alma (aço), acabamento (polido, galvanizado, inoxidável ou revestido) e a torção (a direita ou a esquerda).

3.9 Aplicações

As aplicações para cabos de aço são muito variadas. Pode-se destacar:

• Civil;

• Automobilística;

• Madeiras;

• Mineração;

• Naval;

• Pesca;

• Petróleo;

• Siderúrgica;

• Usinas de açúcar e álcool;

• Equipamentos diversos.

Figura 23 – Exemplo de utilização (guindastes)

Fonte: Os Autores

4 CORRENTES

As correntes são elementos de transmissão metálica, e por isso com capacidade proporcional ao seu tamanho, de transmitir maiores potências que as correias, porém com menor capacidade de absorção de choque.

A transmissão por correntes consiste basicamente de um par de rodas dentadas e uma corrente. A roda que transmite movimento e força é chamada roda motora. A roda que recebe movimento e força é a roda movida.

Figura 24 – Representação das rodas motora e movida

Fonte: Os Autores

As correntes mais usadas são as de rolos, sendo que a transmissão ocorre sem deslizamento.

Dentre os diversos tipos de correntes existentes, as mais usuais são:

• Correntes de rolos;

• Correntes de buchas;

• Correntes de passo alongado;

• Correntes de dentes.

A transmissão ocorre por meio do acoplamento dos elos da corrente com os dentes da roda dentada.

Figura 25 – Acoplamento dos elos da corrente com os dentes da roda dentada

Fonte: Os Autores

A transmissão por corrente normalmente é utilizada quando não se podem usar correias por causa da umidade, vapores, óleos, etc. Deve ser tomado cuidado com a lubrificação do conjunto corrente e roda dentada. Uma boa lubrificação é condição essencial para um funcionamento suave e duradouro.

4.1 Vantagens

As principais vantagens da transmissão por corrente são:

• Não deslizam, portanto mantém a relação de transmissão;

• Garantem rendimento de 96% a 98%;

• Podem transmitir potência em locais de difícil acesso;

• Permitem montagens com grandes distâncias entre centros;

• Permitem o acionamento simultâneo de vários eixos;

• Em geral, não necessitam de tensores ou esticadores;

• Podem ser usados em locais onde haja poeira, com temperaturas elevadas e locais úmidos.

4.2 Tipos de Correntes

Os tipos mais usados são os seguintes:

4.2.1 Corrente de blocos

Cada par de rolos, com seus elos, forma um sólido (bloco). Esse tipo de corrente apresenta mais resistência, também se desgasta mais rapidamente e provoca mais ruído do que a corrente de rolos. É usada, por exemplo, em esteiras transportadoras.

Figura 26 – Corrente de blocos

Fonte: Os Autores

4.2.2 Corrente de dentes invertidos

Também são chamadas de correntes silenciosas, devido à sua operação relativamente sem ruído. Consistem em uma série de placas de ligação dentadas que são conectadas por pinos para permitir a articulação. Devido à sua operação mais suave e silenciosa, as correntes de dentes invertidos podem operar à velocidades maiores do que as correntes de rolos.

Figura 27 – Corrente de dentes invertidos

Fonte: Os Autores

A parte mais crítica da corrente é a conexão por pinos. As correntes e rodas dentadas de dentes invertidos são padronizadas pela norma ANSI (American National Standards Institute) e ASME (American Society of Mechanical Engineers): ANSI/ASME B29.2M-1982, reiterada em 2004.

4.2.3 Correntes de elos

Possuem os elos formados de vergalhões redondos soldados, podendo ter um vergalhão transversal para esforço. É usada para suspensão de cargas pesadas, por exemplo, em talhas manuais.

Figura 28 – Correntes de elos

Fonte: Os Autores

4.2.4 Correntes de elos livres

É usada, por exemplo, em esteiras transportadoras. É empregada quando os esforços são pequenos. Sua característica principal é a facilidade de retirar qualquer elo, sendo apenas necessário suspendê-lo.

Figura 29 – Correntes de elos livres

Fonte: Os Autores

4.2.5 Correntes de rolos ou roletes

São compostas por elementos internos e externos, talas ligadas através de pinos e buchas, e sobre as buchas são colocados rolos.

Figura 30 – Corrente de rolos ou roletes

Fonte: Os Autores

Uma corrente de rolos é formada por elos externos e internos que se repetem alternadamente. Os pinos e as buchas são os principais componentes sujeitos a desgaste. As placas internas e externas suportam as cargas de tensão aplicadas na corrente e estruturalmente mantêm pinos e buchas no lugar. Os rolos absorvem os choques, reduzindo o impacto do engrenamento da corrente na roda dentada.

Figura 31 – Partes da corrente de rolos ou roletes

Fonte: Os Autores

Esse sistema assegura um rendimento de 98% em condições corretas de trabalho, obtendo-se uma relação de velocidade constante entre a engrenagem motriz e a movida. Várias correntes podem ser ligadas em paralelo, formando correntes múltiplas. Podem ser montadas até 8 correntes em paralelo.

Normalmente, as correntes simples satisfazem a maioria das exigências e têm menor custo. Recomenda-se usar o menor passo possível capaz de transmitir a potência e a carga na velocidade exigida pela aplicação. Correntes múltiplas, de passo pequeno, devem ser usadas para transmitir potência a altas velocidades ou quando se desejar um baixo nível de ruído, desde que possam ser usadas rodas dentadas com grande número de dentes.

As Normas para correntes de rolos são Internacional: ISO 606 (International Organization for Standardization), a Americana: ANSI B29.1 (American National Standards Institute) e Brasileira: NBR 6390.

As correntes de rolos são tão flexíveis quanto as correias e tão eficientes quanto as engrenagens, elas fornecem resistência a choques, facilidade de instalação e confiabilidade na transmissão.

4.2.5.1 Vantagens das correntes de rolos:

• Não escorregam: mantêm constante a relação de transmissão;

• Rendimento de 98%: esta eficiência se mantêm ao longo de toda sua vida útil;

• Versatilidade de operação: eficiência em vários ambientes de trabalho;

• Absorvem choques: a sua inerente elasticidade mais a película de óleo entre seus componentes, reduz os efeitos danosos de choques e impactos;

• Leves e compactas: menor espaço e peso por HP transmitido;

• Maior durabilidade: a distribuição de carga entre vários dentes da roda, garante uma longa vida útil.

4.2.5.2 Utilização

A corrente de rolos é utilizada em:

• Locais de difícil acesso;

• Grandes distâncias entre centros;

• Condições abrasivas ou sujas.

Ao longo da trajetória da corrente, existem diversos locais potencialmente críticos:

• Na interferência entre o dente da roda dentada e o rolete da corrente ocorre uma tensão de contato;

• Ocorre impacto quando cada novo dente entra em contado com a roda dentada, a intensidade desse impacto aumenta significativamente com o aumento da velocidade da corrente;

• As placas de ligação ficam sujeitas a uma carga de tração variando de zero até um valor máximo.

Para o funcionamento suave em velocidades altas ou moderadas é considerado aconselhável o uso de rodas dentadas com, no mínimo, 17 dentes, sendo que rodas dentadas com 19 ou 21 dentes, por exemplo, fornecem maiores durabilidade e suavidade de operação.

Quando as limitações de espaço são predominantes ou quando a velocidade é muito baixa, pode-se usar um número de dentes menor com o consequente sacrifício para a vida útil da corrente.

Em geral, uma maior capacidade de carga de corrente é necessária quando ocorrer qualquer uma das seguintes condições:

• A roda menor possui menos de 9 dentes para velocidades baixas de acionamento ou menos de 16 dentes para velocidades altas de acionamento;

• Ocorrem cargas de choque, ou há frequentes reversões de carga;

• Há três ou mais de três rodas no conjunto;

• A lubrificação é deficiente;

• A corrente trabalha em presença de sujeira ou poeira excessivas.

O aumento do passo da corrente faz com que não haja engrenamento perfeito da corrente com os dentes da roda, obrigando a substituir a corrente mesmo sem estar com desgaste excessivo. As rodas conduzidas não são padronizadas para números de dentes acima de 120, porque surgem problemas com o alongamento do passo da corrente. Alguns autores dão como 150 o número máximo de dentes que uma roda dentada pode ter. Aconselham, também, que a soma dos dentes das duas rodas (motora e movida) não deve ser menor do que 50.

Os roletes de uma corrente raramente falham por falta de resistência à tração e sim porque foram submetidos a um número muito grande de horas de trabalho. A causa real de uma falha tanto pode ser devido ao desgaste dos roletes nos pinos como por fadiga de suas superfícies. Os fabricantes de correntes tabelaram valores de capacidade de potência correspondentes a uma vida esperada de 15.000 horas para várias velocidades de rotação da roda dentada.

A capacidade de correntes é baseada no seguinte:

• 15.000 horas;

• Fileira única;

• Proporções ANSI;

• Fator de serviço unitário;

• 100 passos no comprimento;

• Lubrificação recomendada;

• Máxima elongação de 3%;

• Eixos horizontais;

• Duas rodas dentadas de 17 dentes.

4.2.5.3 Manutenção

A manutenção apropriada para correntes requer:

1 – Lubrificação adequada;

2 – Inspeção periódica;

3 – Tensão adequada.

Uma cuidadosa inspeção periódica das correntes e rodas dentadas é necessária para detectar eventuais problemas, antes que danos apareçam na transmissão. O custo de manutenção preventiva é diluído na extensão da vida útil da corrente. A frequência de inspeção será feita em função da aplicação da corrente. Uma lista de inspeção deve fazer parte da rotina de manutenção onde constem dados como: data da instalação da corrente, frequência de lubrificação, data do último ajuste, etc.

4.2.5.4 Ajuste da Corrente

O ajuste da folga ou flecha da corrente é de fundamental importância para o seu correto funcionamento. Ao contrário das correias, as correntes não requerem tensão inicial na montagem. Uma flecha de 2 a 3%, da distância entre centros, que permita sua flexão com a mão, é a folga recomendada na montagem da corrente nas rodas dentadas.

CONCLUSÃO

As correias são de grande utilização, além de serem baratas, também é grande o número de variedade que existe no mercado. As correias fazem parte de um sistema de transmissão flexível, a qual possui vantagens em relação aos outros, pois ela funciona sem a necessidade de lubrificação, devido a este diferencial e outros, é amplamente utilizada.

Os cabos de aço tem uma flexibilidade muito boa por isso ele se torna uma peça essencial para a funcionalidade de guindates e elevadores, tambem é usada para gruas e em sistemas de elevação.

As polias são elementos mecânicos circulares, com ou sem canais periféricos, acoplados a eixos motores e movidos por máquinas e equipamentos. As mesmas necessitam das correias para o seu funcionamento. Juntas elas transformam ou transmitem movimentos de um ponto para outro.

A transmissão de correntes consiste basicamente de um par de rodas dentadas e uma corrente. A roda que transmite movimento e força é chamada roda motora e a que recebe movimento e força é a roda movida. A transmissão ocorre por meio do acoplamento dos elos da corrente com os dentes da roda dentada.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Cabos de aço disponível em : http://www.cabosdeacocablemax.com.br/estropos-eslingas-laco-de-cabo-de-aco.html acesso em: 15/11/13.

Correias disponível em: http://www.correias.com.br/_pdf/catalogo.PDF acesso em: 15/11/13.

Polias disponível em: http://www.ehow.com.br/fisica-sistemas-polias-info_29937/

ENCICLOPEDIA; PRO-TEC: Projetista de maquinas,São Paulo 2003, Editora F. Provenza acesso em: 10/11/13

CUNHA, Lamartine Bezerra da. Elementos de maquinas. Rio de Janeiro:Editora LTC, 2005.

SARKIS, Melconian. Elementos de maquinas. São Paulo: Editora Erica Ltda, 2005.

ANEXO I

Cargas de ruptura e massa linear

ANEXO II

Fatores de Segurança recomendados