Calculating a Pulleys Based Speed Drive (Variador De Velocidad a Poleas)

Hace unos pocos años experimenté con variadores de doble cono. Estos tienen la ventaja de que pueden variar la velocidad infinitesimalmente, pero también tienen la desventaja de que no transmiten suficiente potencia debido a que la correa patina a causa de la escasa superficie de contacto con los conos.

Así que me decidí a reemplazarlos por un juego de poleas, dos conjuntos de cuatro de ellas, escalonadas.

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A few years ago I experimented with double cone drivers. These have the advantage that they can vary the speed infinitesimally but also have the disadvantage that they do not transmit enough power because the belt is slipping due to the limited contact surface with cones.

So I decided to replace them with a set of pulleys, two sets of four of them staggered.

Como material para las poleas, usé terciado fenólico de 12 mm. Como correa, usé banda redonda de poliuretano, que es un material económico, muy fácil de trabajar y resiste bien. Un diámetro de 8 o 10 mm será suficiente para un motor de 1/2 o 1 HP.

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As a material for pulleys, I used 12mm phenolic plywood. As belt, I used round polyurethane band, which is a very easy to work, strong and economic material. A diameter of 8 or 10 mm is sufficient for 1/2 or 1 HP engine.

Preferiblemente trabajar sobre papel cuadriculado, que nos ahorra trazar las líneas con escuadra.

Trazar una línea horizontal que representará los centros de las poleas. Hacerla en la parte inferior de la hoja (fig 1).

Sabiendo la velocidad del motor disponible (supongamos 1450 rpm) y la velocidad mínima que queremos obtener (supongamos 220 rpm) tenemos que obtener una reducción de 220 / 1450 = 0.15 (aproximadamente).
Haremos sobre la línea horizontal, a la izquierda, una línea vertical de largo igual al radio de la que será la polea más chica del conjunto motor, por ejemplo 2 cm (fig 2).

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Preferably work on graph paper, which saves us trace the lines with square.
Draw a horizontal line representing the centers of the pulleys. Make it at the bottom of the sheet (Img 1). Knowing the available engine speed (say 1450 rpm) and the minimum speed that we want to get (say 220 rpm) have to obtain a reduction of 220/1450 = 0.15 (approximately). Trace on the horizontal line to the left end, a vertical line of length equal to the radius to be the smaller motor pulley set, for example 2 cm (Img 2).

Trazamos a la derecha de esta otras líneas verticales, separadas igualmente unas de otras, por ejemplo 1 cm. Trazar suficiente cantidad de líneas, de manera que podamos elegir luego los conjuntos que más nos convengan (fig 3).

Calculamos el radio que tendrá que tener la polea más grande del conjunto del muñeco, dividiendo 2 / 0.15 = 13.333.

En el otro extremo del conjunto de líneas, o sea a la derecha, marcamos esa medida en la última línea vertical (fig 4).

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Trace to the right of it other vertical lines, equally spaced from one another, for example 1 cm. Draw enough lines so that you can then choose sets that suit us (Img 3).

Calculate the radius that will have the driven largest pulley, dividing 2 / 0.15 = 13,333.

At the other end of the assembly line, or to the right, mark that measure in the last vertical line (Img 4).

Trazamos una línea inclinada que pase por ambos puntos. Esta línea representará, en las intersecciones con las líneas verticales, los radios de las distintas poleas posibles (fig 5).

Cada conjunto de poleas (el del motor y el del muñeco) tendrá tantas poleas como velocidades querramos darle a nuestro variador. Yo elegí 4, pero hay variadores de menos y de más velocidades. Eso es cuestión de gustos, y de las ganas que uno tenga de trabajar.

El conjunto del motor tendrá que contener la línea de la izquierda, y el del muñeco la de la derecha. Si la velocidad MÁXIMA resultante de aplicar la polea más grande del conjunto del motor a la más chica del muñeco es demasiado baja, podemos optar por elegir los conjuntos entre poleas "salteadas", es decir las líneas 1,3,5,7 por un lado y por el otro las líneas n-6, n-4, n-2 y n (16,18,20,22) (fig 6). Si aún así no nos satisface, salteamos dos en vez de una, o sea 1,4,7,10 y 13,16,19,22. Y así hasta que obtengamos las velocidades máximas más apropiadas para nuestro gusto. No importa que la misma polea figure en ambos conjuntos. En mi caso, hay DOS poleas compartidas entre ambos.

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Draw a slanted line through these two points. This line will represent, at intersections with vertical lines, the radii of the various possible pulleys (Img 5).

Each set of pulleys (the engine set and the spindle set) will have as many pulleys as you want to give your speed drive. I chose 4, but there are less and more variable speed drivers. That's a matter of taste, and the will that you have to work.

The engine set must have the line (pulley) on the left, and the spindle set must have the line on the right. If the MAXIMUM speed resulting from applying the largest motor pulley to the smallest spindle pulley is too low, you can opt to choose alternating the joint between pulleys, ie lines 1,3,5,7 for the motor side and the lines n-6, n-4, n-2 and n (16, 18, 20 and 22) on the other (Img 6). If it still does not satisfy you, skip two instead of one, or 1,4,7,10 and 13,16,19,22. And so until you get the most appropriate for your desired maximum speed. Never mind that the same pulley included in both sets. In my case, TWO pulley diameters are shared between both sets.

Al tornear las poleas tener en cuenta que el radio resultante se tendrá que medir LUEGO DE HACER EL SURCO donde se asentará la correa. Es decir que si este tendrá 3 mm de profundidad (para una correa de 8 mm), el radio inicial de cada polea tendrá que ser 3 mm más grande.

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When turning pulleys, note that the resulting radio will need to be measured AFTER DOING THE GROOVE which belt seats. This means that if this will be 3 mm deep (for a belt of 8 mm), the initial radius of each pulley must be 3 mm larger.

Para hacer la correa, medirla "in situ", es decir abrazando los conjuntos de poleas en cualquiera de las posiciones de trabajo. Cortar los extremos en chanfle, más o menos 45 grados. Calentar una chapita gruesa de hierro u otro metal, apoyar los extremos de la banda de poliuretano sobre la chapita caliente, y cuando el poliuretano empiece a derretirse, rápidamente unir los extremos cuidando de que coincidan lo mejor posible. Dejarla enfriar, y probar tironeando si la soldadura quedó fuerte. En caso contrario, repetir el procedimiento. Una vez dada por buena la unión, emprolijarla eliminando los rebordes.

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To make the belt, measure it "in situ", ie embracing the pulleys sets in whatever working position. Cut the ends chamfered, roughly 45 degrees. Heat an iron or other metal plate, resting the ends of the polyurethane band on the hot plate, and when the polyurethane begins to melt, quickly join the ends ensuring that they match well. Let it cool, and try tugging if the weld was strong. If not, repeat the procedure. Once given the welding for good, clean it eliminating the burrs.