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El diseño de transmisiones flexibles como correas, cadenas y otros similares, se emplean para transmitir potencia a distancias relativamente largas. Con frecuencia, estos elementos se utilizan de forma sustitutiva a los engranajes, levas y árboles de transmisión. Su uso simplifica el diseño y reduce tanto la masa total como el coste, además, al ser elementos elásticos y usualmente largos, tienen una función importante en la absorción de cargas de impacto, amortiguamiento y aislamiento de los efectos de las vibraciones, lo que representa una ventaja importante para la duración de la máquina.
La mayoría de los elementos flexibles no tienen vida infinita, por tanto, requieren de un programa de inspección y mantenimiento para protegerlos contra el desgaste, el envejecimiento y la pérdida de elasticidad. Los elementos se deben reemplazar a la primera señal de deterioro. Al igual que levas y transmisiones por engranajes, son mecanismos de cuatro barras.
Transmisiones por cadena
Las cadenas permiten la transmisión entre árboles a gran distancia y presentan las siguientes ventajas:
- La relación de transmisión media es constante, asegurando la sincronización del movimiento.
- Soportan cargas elevadas.
- No requieren de tensión inicial, por lo cual se reducen las cargas sobre los árboles.
- Tienen un buen rendimiento.
A su vez presentan los siguientes inconvenientes:
- Requieren de un mantenimiento cuidadoso, necesitan de lubricación.
- Requieren de un montaje preciso.
- Tienen un coste mayor que las correas de transmisión.
- Son ruidosas y producen vibraciones.
Se debe indicar que la relación de transmisión instantánea no es constante, ya que la cadena forma un polígono alrededor de los engranajes, por lo que la distancia al eje no es constante. Esta variación es menor cuanto mayor sea el número de dientes en la rueda. El diámetro de la rueda D se calcula teniendo en cuenta el paso de la cadena p y número de dientes de la rueda N, de manera que D=p/sen(180º/N).
La velocidad de la cadena v se define con el radio de paso R y la velocidad angular de la rueda ω, de manera que v=Rω Como se ha comentado, la velocidad varía entre la producida por el radio de paso, que es el máximo, y un radio mínimo r que es r=Rcos(γ/2), siendo γ el ángulo de paso. Relacionando la diferencia de velocidades con la velocidad media se obtiene la variación cordal de velocidad, y es función del número de dientes de las ruedas.
Transmisiones por correa
Una correa es un elemento flexible capaz de transmitir potencia entre dos o más árboles separados una distancia relativamente grande, se compone de un elemento flexible y dos o más poleas, una de las cuales es la polea conductora y las demás son conducidas, además el sistema puede incluir elementos tensores. Las transmisiones por correas aportan las siguientes ventajas:
- Transmiten potencia a gran distancia entre un árbol conductor y un árbol conducido.
- Pueden operar a altas velocidades de rotación.
- Aportan un funcionamiento suave, silencioso y sin choques, absorben cargas de choque y vibraciones, esto alarga la vida de los componentes de la máquina.
- Un diseño, una fabricación, un montaje y un mantenimiento sencillo
- Protegen de sobrecargas al limitar la carga transmitida, por el coeficiente de rozamiento, por lo que se utilizan como fusible mecánico.
- Tienen bajo coste, tanto en coste directo y en mantenimiento.
- Tienen un funcionamiento aceptable en condiciones de polvo y humedad, son limpias y no requieren lubricación ni mantenimiento, solo su sustitución.
- Permiten la transmisión a varias poleas incluso entre ejes no paralelos.
- Tienen rango de aplicación muy amplio.
- Aportan rendimientos similares a los engranajes, de aproximadamente 0,97 -0,98.
Entre los inconvenientes que tiene este tipo de transmisión destacan:
- La potencia transmitida se limita por el coeficiente de rozamiento entre la correa y la garganta de la polea, y por el tipo de correa.
- La vida útil de las correas es relativamente baja.
- Existe peligro de deslizamiento entre la correa y la polea.
- La relación de transmisión no es exacta ni constante, ya que depende del deslizamiento elástico y del esfuerzo transmitido.
- No admite temperaturas demasiado elevadas.
- Suponen cargas axiales y radiales sobre los árboles y los apoyos.
Tipos de correas
- Correas planas Son las más simples, silenciosas y baratas, con un ancho entre 15 y 1200 mm. Se utilizan en aplicaciones en las que se requiere transmitir altas potencias y a grande velocidades, con grandes distancias entre centros, permiten utilizar poleas de pequeño diámetro, ya que desarrollan tensiones de flexión muy pequeñas, y son adecuadas cuando la correa se desplaza lateralmente.
- Correas redondas Son apropiadas para accionamientos con poca potencia, aplicaciones de poca responsabilidad y equipos de laboratorio, y son útiles para absorber pequeñas desalineaciones. Sus diámetros oscilan entre 3 y 12 mm, la ranura de la polea puede ser semicircular o trapezoidal con un ángulo de 40º.
- Correas trapezoidales Son las más usadas industrialmente, el contacto de la correa con la garganta se produce únicamente en los laterales, por ello las presiones específicas de contacto garganta-correa es 4 o 5 veces superior a la correa plana. Admiten transmisiones con distancias pequeñas entre centros y grandes relaciones de transmisión, pero se necesitan grandes diámetros en las poleas, excepto las que están dentadas en la zona de comprensión, que permite reducirlas. Aportan una mayor capacidad de tracción debido a su mayor superficie de contacto.
- Correas acanaladas. Son similares a las correas planas, pero tienen estrías que sirven para guiar la correa y hacerla más estable, su tensión de flexión es menor que la de las correas trapezoidales y pueden operar en condiciones de alta tensión.
- Correas eslabonadas. Se emplean en requerimientos muy especializados, donde la instalación no se puede hacer mediante el uso de correas sin fin.
- Correas dentadas o síncronas Transmiten la tracción no solo por fricción, sino por su forma, no se alargan ni se deslizan, por lo que aseguran que la relación de velocidades angulares entre las poleas es constante.
Cálculo de correa
Se pueden calcular de forma geométrica los ángulos de contacto de la correa con las poleas y la longitud de la correa. Para calcular la tensión de la correa se considera la tensión inicial y la tensión producida por la fuerza centrífuga, consecuencia de la velocidad lineal de la correa y de su masa. La potencia transmitida depende de esa velocidad lineal y de la diferencia de tensiones de la correa antes y después de la polea.
Esta potencia calculada se transforma en una potencia de diseño, al aplicar unos factores correctores, como el factor de ángulo de contacto c, solo para el caso de que el ángulo de contacto con la polea menor sea inferior a 180º, factor corrector de carga c, factor de desarrollo para correas trapezoidales c y factor corrector por número de tensores c, que se compara con la capacidad de las correas comerciales.
En estas correas resulta fundamental aplicar una tensión inicial, que se consigue utilizando tensores, para evitar deslizamiento y pérdida de transmisión de potencia, pero un exceso de tensión puede causar un exceso de fricción en los rodamientos de las poleas, y un aumento en las cargas axiales y radiales de los árboles de transmisión y los apoyos.
Diseño de sistemas y maquinaria
El profesional en ingeniería en cuenta con un amplio campo de aplicación de sus conocimientos, y es por ello que debe focalizar sus esfuerzos en un puntual. En el caso del diseño mecánico, se hacen necesarios conocimientos acerca del funcionamiento de las máquinas y los sistemas de transmisión de fuerza y movimiento. Para ello, el mismo debe buscar la capacitación académica adecuada con el fin de complementar sus conocimientos base.
TECH Universidad Tecnológica se ha centrado desde sus inicios en la educación enfocada en la alta calidad y los altos estándares en su alumnado. En el caso de su Facultad de Ingeniería, se encuentran posgrados tales como el Máster en Ingeniería Naval y Oceánica y el Máster en Industria 4.0 y Transformación Digital. Sin embargo, para aquellos profesionales que buscan dominar el campo del diseño mecánico, no cabe duda que su mejor decisión será optar por el Máster en Ingeniería Mecánica.
