Podstawy Konstrukcji Maszyn

Transkrypt

1 Podstawy Konstrukcji Maszyn PRZEKŁADNIE PASOWE 1

2 Przekładnie pasowe Przekładnie pasowe służą do przenoszenia mocy za pośrednictwem cięgien w postaci pasów. Przekładnia pasowa cierna składa się z dwóch lub więcej kół o gładkich powierzchniach, opasanych sprężystym cięgnem w postaci jednego lub szeregu równoległych pasów. Pomiędzy napiętym pasem a kołami pasowymi istnieje docisk, pozwalający na przeniesienie przez tarcie siły obwodowej. Najbardziej rozpowszechnione są przekładnie z pasami klinowymi. Przekładnie z pasem o przekroju okrągłym są stosowane do przenoszenia bardzo małych mocy. 2

3 Przekładnie pasowe mają wiele zalet. Do najważniejszych z nich zalicza się: płynność ruchu, cichobieżność, zdolność do łagodzenia zmian obciążenia, tłumienie drgań, prostą i tanią konstrukcję, pracę bez smarowania, możliwość przenoszenia ruchu, gdy wały nie są równoległe, małą wrażliwość na błędy rozstawienia osi wałów, możliwość uzyskania zmiennych przełożeń przez zastosowanie kół schodkowych stosunkowo duże wymiary, duża siła na łożyskach wałów, Wady przekładni pasowych niestałość przełożenia z powodu poślizgów, mała odporność na podwyższoną temperaturę i na chemiczne oddziaływanie ośrodka, a zwłaszcza słabą odporność na działanie smarów i zanieczyszczeń, mniejsza sprawność w porównaniu z przekładniami łańcuchowymi i zębatymi. 3

4 Przenoszenie mocy przy pomocy przekładni pasowej. Najczęściej przekładnia pasowa składa się z koła czynnego i biernego połączonych cięgnem w postaci pasa, którego odcinki swobodne nazywa się cięgnem czynnym i cięgnem biernym. Jeżeli napięcia w nich istniejące oznaczymy odpowiednio symbolami Sb i Sc w N oraz ich prędkość liniową u w m/s, to moc N przenoszona z czynnego koła na bierne, po pominięciu nieuniknionych strat, wynosi. m N = ( Sc Sb )v [ N ] = [ W ] s Siła w pasie Napędy pasowe odznaczają się znaczną podatnością ze względu na wydłużanie się pasa i możliwość ślizgania na kole (pasy płaskie). Wydłużalność sprężysta cięgien ciernych w napędach powoduje, że cięgno czynne (robocze) jest bardziej wydłużone niż cięgno bierne. Bardziej rozciągnięte czynne cięgno o napięciu Sc przesuwa się z większą prędkością niż cięgno bierne o napięciu Sb. Wynika to z zasady zachowania masy, polegającej na tym, że przez dowolnie wybrane nieruchome przekroje przesuwają się w jednostce czasu jednakowe masy pasa, oraz z tego, że masa odniesiona do jednostki długości pasa rozciągniętego jest mniejsza od masy odniesionej do jednostki długości pasa nierozciągniętego. 4

5 2.1. Przekładnie z pasami płaskimi Obecnie przekładnie z pasami płaskimi stosuje się bardzo rzadko. Spotyka się je w maszynach rolniczych, gdy odległości pomiędzy osiami kół są znaczne. Gdy osie kół pasowych są rozstawione w znacznych odległościach, zaleca się, aby cięgno robocze znajdowało się na dole. Wtedy po wyciągnięciu się pasa kąt opasania kół zwiększa się na skutek grawitacyjnego zwisania nieroboczej (nienapiętej) górnej części pasa. Przekładnie z pionowo biegnącym pasem są wrażliwe na wyciąganie się pasa i wymagają ciągłej regulacji jego napięcia. Płaszczyzna przechodząca przez osie kół może być nachylona w stosunku do poziomu o kąt nie większy niż 60. W napędach pasowych stosuje się rolki w postaci kół nie przenoszących mocy. Rozróżnia się rolki napinające (naprężające) oraz rolki kierujące. Rolki napinające służą do ciągłej lub okresowej regulacji napięcia pasa. Rolki kierujące służą do skierowania pasa w określonym kierunku, np. w celu ominięcia przeszkody. Do ciągłej regulacji napięcia pasa najczęściej służą rolki osadzone na dźwigni i dociskane do cięgna siłą sprężyny lub siłą ciężkości umieszczonej tam masy. Zabytkowy warsztat z obrabiarkami napędzanymi pasami płaskimi z wału transmisyjnego 5

6 Zabytkowe maszyny napędzane pasami płaskimi 6

7 2.2. Przekładnie z pasami klinowymi Powszechnie stosowanym typem przekładni pasowej pasem klinowym. jest przekładnia z Bezpośrednie łączenie maszyn z silnikiem elektrycznym nie zawsze jest celowe lub możliwe. Zwykle przekładnię pasową stosuje się na początku układu kinematycznego maszyny. Pas pozwala nie tylko na uzyskanie wymaganego przełożenia między silnikiem a wałem napędzanym, ale dobrze spełnia funkcję sprzęgła sprężystego. Przekładnie z pasem klinowym stosuje się, gdy odległość między osiami kół jest niewielka. Odległość a między osiami kół powinna zawierać się w następujących granicach : a a min max d1 + d = 2 = [ mm] ( d + d )[ mm] Gdzie d1 i d2 to średnice kół pasowych Zaletą przekładni z pasami klinowymi jest możliwość uzyskania znacznych przełożeń, nawet do 1:15. Zalecana prędkości pasa waha się w zakresie od 4 do 25 m/s. W celu zwiększenia mocy przenoszonej przez przekładnię, najczęściej stosuje się kilka pasów równoległych. 7

8 8

9 Pasy są osadzone w trapezowych rowkach (rysunek). Nie mogą wystawać na zewnątrz koła ze względu na strzępienie. Siły tarcia występują na powierzchniach bocznych pasów. Dlatego pasy nie mogą dotykać do dna rowków koła! Pas klinowy w porównaniu z płaskim ma kilkakrotnie większe sprzężenie z kołem, ponieważ powierzchnie robocze są zbieżne, co powoduje, że pozorny współczynnik tarcia wynosi: µ µ ' = 2sin [ α] α - kąt rozwarcia rowka 9

10 Pasy klinowe mają warstwę nośną utworzoną z włókien o dużej wytrzymałości na rozciąganie i znacznie grubszą wewnętrzną warstwę z kauczuku. Całość jest owinięta zawulkanizowaną tkaniną płócienną. Tak zbudowane pasy mają małą rozciągliwość, dużą przyczepność, giętkość i wytrzymałość zmęczeniową. W celu polepszenia tych cech używa się na elementy nośne pasów linek poliamidowych, a nawet linek stalowych. Kąt zarysu przekroju pasa w stanie wolnym wynosiα== 40. Po zgięciu na kole kąt rozwarciaαzmniejsza się. Jest tym mniejszy, im mniejsza jestśrednica koła. Przy zginaniu część pasa poniżej warstwy obojętnej pęcznieje, a powyżej tej warstwy zmniejsza swoją szerokość. W zależności od średnicy koła i wysokości przekroju pasa wykonuje się rowki z różnymi kątami rozwarciaα=34, 36 lub 38. Wyjątkowo stosuje się rowki o kącie α = 32, gdy mały jest stosunek d/h. Stosuje się to wtedy, gdy konstruktorowi szczególnie zależy na zwartości przekładni. Wówczas należy się liczyć ze zmniejszoną trwałością pasa. Obliczeniowa średnica koła, zwana również średnicą nominalne lub skuteczną, odpowiada warstwie obojętnej pasa. Warstwa ta nie zmienia swojej długości przy zginaniu pasa nawijanego na koła pasowe. Średnice nominalne kół pasowych, a także wymiary kół rowkowych do pasów klinowych można znaleźć w normach, katalogach producentów itp.. Szerokość B wieńca koła rowkowego wynosi: B = ( j 1 ) e + 2 f gdzie: j liczba rowków, e podziałka, f wymiar z katalogu Naprężenie skuteczne pasa: S u σ u = k A j A pole pow. Poprzecznej pasa, j liczba pasów, k dopuszczalne naprężenie pasa Orientacyjne dopuszczalne naprężenie rozciągające odniesione do całej powierzchni przekroju poprzecznego gumowych pasów klinowych, powszechnie stosowanych, wynosi około 9 MPa. W rzeczywistości naprężenia rozciągające przenoszą głównie włókna w warstwie nośnej pasa. W zależności od budowy warstwy nośnej przyjmuje się do obliczeń konstrukcyjnych przekładni podawaną przez producentów wartość charakteryzującą wytrzymałość pasa. Liczbę j pasów potrzebną do przenoszenia określonej mocy N, w kw, w danych warunkach pracy można wyznaczyć następująco: j = NC N C 1 T LC α gdzie: N - moc przenoszona przez przekładnię, N1 - moc przenoszona przez jeden pas klinowy (tabl.), Ct - współczynnik trwałości pasa (tabl.), Cl - współczynnik zależny od długości pasa Lp (tabl.), Ca - współczynnik zależny od kąta opasania 10

11 3. Przekładnie z pasami zębatymi 11

12 Przekładnie z pasem zębatym odznaczają się zdolnością do pracy przy dużych prędkościach (do 80 m/s i n = obr/min) oraz wysoką sprawnością. Stosuje się duże przełożenia. Pas zębaty ma niskie i grube zęby zazębiające się z odpowiednio uzębionymi kołami. Uzyskane połączenie kształtowe zapewnia stałość przełożenia, gdy oba koła są uzębione. W tym przypadku pas nie wymaga napięcia wstępnego i dlatego mniej obciąża wały i łożyska w porównaniu z pasem płaskim czy też klinowym. Przy większych przełożeniach (u > 3,5) duże koło może być gładkie. Stosuje się również pasy uzębione po obu stronach, co pozwala na współpracę z wieloma kołami zębatymi w układach wymagających dwustronnego zazębienia. Szczegółowe wymiary pasów zębatych ogólnie stosowanych w przekładniach pasowych zębatych w budowie maszyn i urządzeń mechanicznych podaje PN-83/M , która Jest zgodna z międzynarodową normą ISO 5296:1978. Norma ta nie dotyczy pasów zębatych stosowanych w samochodach oraz w drukarkach do maszyn matematycznych. Wymiary pasów zębatych stosowanych w samochodach, zwłaszcza do napędu rozrządu silników, podaje norma branżowa BN-84/ ustanowiona przez Przemysłowy Instytut Motoryzacji. 12

13 13

14 Pasy zębate są wykonywane z gumy syntetycznej odpornej na działanie substancji chemicznych. Elementami nośnymi pasa są linki stalowe lub też poliamidowe wtopione w gumę. Pasy zębate odznaczają się małą rozciągliwością, dużą elastycznością, dużą wytrzymałością zmęczeniową oraz dużą odpornością na zużycie. 14

15 Uwagi ogólne Gumowe pasy zębate stosowane w przekładniach ogólnego przeznaczenia nie mają końców. Współpracujące z nimi koła pasowe zębate mają obrzeża zapobiegające zsuwaniu się pasa w trakcie pracy. W przekładni składającej się z dwóch kół Jeżeli rozstawienie ich osi nie jest zbyt duże, wystarczy, jeżeli jedno koło ma obrzeża prowadzące pas. Szczegółowe wymiary wieńców kół pasowych zębatych stosowanych w przekładniach ogólnego przeznaczenia podano w PN-84/M Wymiary wieńców kół pasowych zęba-tych stosowanych w samochodach podano w normie branżowej BN-84/ ustanowionej przez Przemysłowy Instytut Motoryzacji. Najmniejsza zalecana liczba zębów na kole pasowym zębatym powinna wynosić z1 = 12-16, gdy podziałki są małe, oraz z1 == 18-20, gdy podziałki są duże. W przekładniach pasowych zębatych stosuje się koła pasowe z zębami ewolwentowymi lub z zębami prostoliniowymi. Zalecane jest stosowanie zębów ewolwentowych. Podstawowe obliczenia Dla poniższego warunku można napisać wzór: z i = z 2 1 > 1 pb( z2 z1) a = α 2π cos 2 15

16 Moc przenoszoną przez pas można określić na podstawie normy PN-84/M Podstawową moc Nq w kw, przenoszoną przez pas o podstawowej szerokości b0 z podziałką pb, oblicza się według wzoru: N 2 ( T mv ) a 1000 v k gdzie: Ta - dopuszczalne robocze napięcie pasa o szerokości b0 w N (podane przez producenta), m - masa jednego metra pasa o szerokości b0 w kg/m, v - prędkość pasa w m/s 0 = z Dopuszczalną siłę obwodową Pdop, ze względu na naciski pomiędzy współpracującymi powierzchniami zębów pasa i koła, można obliczyć ze wzoru: P dop = bh z t m gdzie: b - szerokość pasa, ht - wysokość zębów pasa, zm - liczba zazębionych zębów małego koła, którą również można określić ze wzoru, z1 - liczba zębów małego koła, a - kąt opasania na małym kole, k - dopuszczalny nacisk na powierzchnię styku zębów (przyjmuje się k = l MPa), C - współczynniki warunków pracy podane w tabeli (następny slajd). kc 16

17

18

19 19

20 20