Řemenové pohony a jejich klasifikace | Přenos energie | Strojírenství

Přenos energie pomocí řemenového pohonu je jedním z nejběžnějších a všeobecně používaných způsobů přenosového systému, kdy jsou dva hřídele navzájem rovnoběžné (do 10 m), jak je znázorněno na obr. 9.1. Řemenový pohon se skládá ze dvou rovnoběžných hřídelů a na každém hřídeli je namontována řemenice.

Po povrchu řemenice běží nekonečný řemen. Může mezi nimi docházet k prokluzu, a proto jej nelze označit za kladný pohon. Když řemen běží po řemenici, vždy dochází ke tření, které působí mezi povrchem řemenice a povrchem řemene v opačném směru pohybu. Řemen přenáší výkon pouze třením. Systém řemenového pohonu lze použít pro dlouhé vzdálenosti mezi středy hřídelí. Pro účinný přenos by mělo být tření mezi povrchem řemenice a povrchem řemene co největší.

Jak je známo, ve většině systémů není tření žádoucím jevem a mělo by být co nejmenší.

1. Pohon plochým řemenem:

Řemen je tenký pás vyrobený z kůže, syntetické pryže, plátna nebo nitě vložené do pryže nebo balaty. Tyto řemeny jsou vyrobeny jako ploché a mají obdélníkový průřez. Řemeny se vyrábějí jako nekonečné spojením obou konců řemene kolíky nebo prošitím, jak je znázorněno na obr. 9.2.

Systém může být použitelný pro individuální nebo skupinový pohon. Individuální pohon řemenem lze použít v případě, že každý stroj bude mít vlastní elektromotor. V případě skupinového pohonu pohání velkokapacitní motor horní hřídel nazývaný hlavní hřídel nebo živý hřídel a hlavní hřídel pohání další hřídel nazývaný protihřídel, který pohání další hřídel stroje.

Rotační síla z hnací řemenice na hnanou řemenici se přenáší v důsledku tření mezi povrchem řemene a povrchem řemenice. Řemen bude mít dvě strany, jedna strana bude v tahu zvaném napínací strana, kdežto druhá strana bude v menším tahu zvaném vůle, jak je znázorněno na obr. 9.3.

Napínací strana (T1) a volná strana (T2) řemene závisí na směru otáčení hnací řemenice.

Výhody a nevýhody plochých řemenů:

Výhody:

i. Jednoduchá metoda, univerzálně používané uspořádání, provoz je plynulý, pokud má pás správnou velikost.

ii. Nízké náklady na údržbu a dlouhá životnost.

iii. Flexibilita je větší.

iv. Úroveň otřesů je menší.

v. Vhodné pro dva paralelní hřídele.

vi. Vhodné pro velké vzdálenosti mezi dvěma středovými hřídeli.

Nevýhody:

i. Nekonečný řemen je vyroben spojením obou konců čepy. Řemen má tendenci se v blízkosti spojů poškozovat, což snižuje jeho životnost. To může vyžadovat pravidelnou výměnu řemene.

ii. Systém není vhodný pro hřídele na krátké vzdálenosti.

iii. Účinnost je zjištěna nižší v důsledku prokluzování a tečení, pokud není velikost řemene správná.

iv. Systém není pozitivním pohonem.

Uspořádání plochého řemene může být dvojího typu:

(a) Pohon otevřeným plochým řemenem a

(b) Pohon křížovým plochým řemenem.

(a) Otevřený pohon plochým řemenem:

Obrázek 9.3 ukazuje uspořádání pohonu otevřeným plochým řemenem. Na dvou paralelních hřídelích jsou namontovány dvě řemenice. Přes řemenice vede rovně plochý řemen. Řemen běží stále ve stejném směru. Toto uspořádání je nejvhodnější, když je vzdálenost os obou hřídelů velká a obě strany řemene jsou navzájem rovnoběžné. Řemenice A je hnací řemenice a B je hnaná řemenice a otáčení A i B je ve směru hodinových ručiček. Spodní část řemene je napnutá strana s napětím T1 a horní strana řemene je volná strana s napětím T2 tak, že T1 > T2.

(b) Uspořádání křížového plochého řemene:

Uspořádání křížového plochého řemene je znázorněno na obr. 9.4. Používá se tehdy, když jsou dva hřídele navzájem rovnoběžné, ale mají se otáčet v opačném směru. Hnací hřídel řemenice A se otáčí ve směru hodinových ručiček, zatímco hnací hřídel řemenice B se otáčí proti směru hodinových ručiček. Vzdálenost obou hřídelí od středu ke středu je L.

V tomto hnacím systému existuje styčný bod, kde se řemeny vzájemně kříží a během provozu dochází k jejich opotřebení v důsledku neustálého třecího efektu. Tento účinek je nepřetržitý. Třecímu efektu se však lze vyhnout zvětšením vzdálenosti mezi středy rovnající se dvacetinásobku šířky pásu. Takový systém se jeví jako vhodný, pokud je systém provozován při nízké rychlosti.

Prokluzování řemene:

Pokud je třecí odpor mezi povrchem věnce řemenice a povrchem řemene menší, dochází k rozdílu v relativním pohybu mezi oběma povrchy, který se nazývá prokluz řemene. Prokluz řemene lze vypočítat jako rozdíl mezi lineární rychlostí povrchu věnce řemenice a povrchu řemene. Obvykle se měří v procentech.

Prokluz řemene je způsoben následujícími příčinami:

(a) Nepřetržitý chod řemene, povrch věnce řemenice se stává velmi hladkým,

(d) Snížení koeficientu tření mezi oběma povrchy.

(c) Zvětšení délky řemene v důsledku nepřetržitého provozu.

(d) Velký rozdíl v napětí napnuté strany (T1) a volné strany (T2).

Vrzání v pohonu řemene:

Vrzání je způsobeno přítomností relativního pohybu řemene nebo řemenice. Je způsobeno zvětšenou délkou řemene. Během provozu dochází k plynulému chodu řemene nebo řemenice a dochází ke střídavému smršťování a natahování řemene. Tím dochází ke ztrátě výkonu. V důsledku tečení řemene lze přenášet méně efektivní výkon, a proto dochází ke snížení rychlostního poměru.

Kolébková řemenice / řemenice s volnoběžkou:

Malá řemenice, která je umístěna na volné straně řemene a blíže k hnací řemenici B, se nazývá žoková řemenice, jak je znázorněno na obr. 9.5. Řemenice C je hokejková řemenice a nazývá se také volnoběžná řemenice.

Následují výhody a nevýhody volnoběžné řemenice:

(a) Zvyšuje napětí T2 na volné straně řemene.

(b) Zvyšuje stykový úhel.

(c) Snižuje prokluz.

(d) Zvyšuje účinnost přenosu výkonu.

(e) Snižuje životnost řemene v důsledku zvýšení napětí na straně vůle umístěním spojovací řemenice.

Systém s podélnou řemenicí:

V případě systému stupňovitých řemenic je jedna řemenice provedena ve třech stupních, jak je znázorněno na obr. 9.6(a). Je vyrobena z litiny. Dvě takové řemenice jsou namontovány na dvou rovnoběžných hřídelích, jak je znázorněno na obr. 9.6(b).

Na obr. 9.6(b) je A hnací hřídel a B hnací hřídel. Hřídele jsou umístěny rovnoběžně vedle sebe a jsou seřízeny tak, aby největší řemenice A připadla přesně naproti nejmenší řemenici hnané řemenice B. Průměr všech stupňů A a B je nastaven tak, aby bylo možné použít stejný řemen. Toto uspořádání je užitečné pro změnu rychlostního poměru posunutím řemene z jednoho stupně na druhý. Někdy lze systém použít se čtyřstupňovou řemenicí místo třístupňové.

Uspořádání s kuželovou řemenicí:

V tomto typu uspořádání řemenice jsou namontovány dva hřídele s dlouhými kuželovými plody, jak je znázorněno na obr. 9.7(a), které jsou navzájem rovnoběžné, ale umístěné v opačném směru. Kompletní uspořádání kuželové řemenice je znázorněno na obr. 9.7(b).

V takovém uspořádání je A hnací hřídel a B hnací hřídel. Plochý řemen běží po ploše kuželového plodu v určité poloze podle požadovaného převodového poměru otáček. Mezi nimi se nachází řemenový přesuvník „C“. Řemen lze posouvat tak, aby se vhodným způsobem měnil rychlostní poměr. Toto uspořádání je velmi užitečné a běžně se používá při soustružení dřeva.

Složený řemenový pohon:

V uspořádání složeného řemenového pohonu drží určitý hřídel dvě nebo více řemenic. Takové uspořádání je znázorněno na obr. 9.8(a) a 9.8(b).

Jak je znázorněno na obr. 9.8(a) a 9.8(b), u kombinace A-B je A hnací řemenicí a B hnanou řemenicí. U kombinace C-D je C hnací řemenicí a D hnanou řemenicí. Pokud je požadováno maximální snížení otáček, považuje se za nejdůležitější metodu sestava složeného řemenového pohonu. Vylučuje větší hnanou řemenici.

V této kombinaci jsou řemenice B a C složenými řemenicemi, tj. řemenice C je naklíčována na stejném hřídeli, na kterém je řemenice B. Řemenice C je uložena na stejném hřídeli jako řemenice B. D je další řemenice. Po řemenici A-B běží řemen a po řemenici C-D běží další řemen. Otáčky řemenice B (nb) a řemenice C (nc) jsou stejné, tj. nb = nc.

Rychlost řemenice D (nd) lze vypočítat jako:

kde na, nb, nc a da, db, dc jsou otáčky a průměr řemenic A, B, respektive C; t je tloušťka řemene.

Rychlá a volná řemenice:

V dobře organizované dílně je několik strojů poháněno jedním hlavním hnacím hřídelem (tzv. hřídelem linky) a poměrně často je třeba jeden stroj často zastavovat nebo spouštět. Aby bylo možné zastavit jeden stroj, je nutné zastavit hlavní hnací hřídel, což brzdí práci ostatních strojů. Tento problém však lze odstranit zavedením techniky podle obr. 9.9.

Uspořádání usnadňuje chod nebo zastavení stroje podle naší potřeby. Na obr. 9.9 je znázorněno, že výkon je přenášen z hnací řemenice A na rychlou řemenici B pomocí řemenového převodu. Hřídel rychlé řemenice je spojena se strojem, který má být zastaven. Vedle ní je volná/volná řemenice, která je volně na hřídeli a volně se otáčí.

Přesune-li se řemen pomocí řemenového posunovače na volnou řemenici, která se volně otáčí, otáčení rychlé řemenice se zastaví, čímž se zastaví otáčení hřídele stroje. Řemen běží dál, ale rychlá řemenice se uvolní a stroj se rychle zastaví.

Symboly a vzorce používané pro plochý řemen:

Podle obr. 9.10 předpokládejme, že A a B jsou dvě řemenice.

Tedy,

da = Průměr hnací kladky, m

db = Průměr hnané kladky, m

ra = Poloměr hnací kladky

rb = Poloměr hnané kladky

na = Otáčky hnací kladky, ot/min

nb = Otáčky hnané kladky, ot/min

m = Hmotnost/délka řemene (kg/m)

θa = Úhel dotyku na řemenici A

θb = Úhel dotyku na řemenici B

L = Osová vzdálenost mezi hnací a hnanou řemenicí

L0 = Délka řemene v otevřeném řemenovém pohonu

Lc = Délka řemene v příčném řemenovém pohonu

Lc = Délka řemene v příčném řemenovém pohonu

L0 = Délka řemene v otevřeném řemenovém pohonu

T1 = Napětí na těsné straně

T2 = Napětí na volné straně

T = Maximální napětí v řemenu = T1 + T2

T0 = Počáteční napětí v řemenu = (T1 + T2)/2

Tc = Odstředivé napětí = mv2

Tco = Počáteční napětí s ohledem na odstředivé napětí

= (T1 + T2 + 2Tc )/2

T1 – T2= Čisté nebo efektivní napětí v řemeni

b = Šířka řemene, m

t = tloušťka řemene

v = rychlost řemene (m/s)

ωa = úhlová rychlost hnací řemenice = 2Πna

ωb = úhlová rychlost hnané řemenice = 2Πnb

P = přenášený výkon (kW) = (T1 – T2)v/1000

2. Jaký je výkon řemene? Pohon klínovým řemenem:

V-pásy jsou považovány za velmi vhodné pro systémy přenosu velkých výkonů. Průřez klínového řemene je proveden lichoběžníkovým způsobem, jak je znázorněno na obr. 9.11. Je vytvarován z čisté pryže/syntetické pryže s vláknitým materiálem, jako jsou nosné šňůry z nylonu, které mají pevnost vláken. Klínový řemen je výrobci konstruován jako nekonečná smyčka omezené délky v závislosti na uvažovaném systému.

Klínový řemen těsně uchycený a vedený v řemenici s V-drážkou pro přenos vysokého točivého momentu byl znázorněn na obr. 9.12. Jak je vidět, dvě plochy klínového řemene se dotýkají povrchu drážky V, čímž se zlepšují třecí síly mezi řemenem a řemenicí. Účinnost přenosu je v tomto systému mnohem lepší.

V důsledku velkých třecích sil se zvyšuje opotřebení klínového řemene, což způsobuje snížení jeho životnosti. Výrobci vyrábějí klínový řemen v různých velikostech podle požadavků. Pokud se klínový řemen používá k přenosu výkonu, řemenice se upravuje tak, že se opatří klínovou drážkou, aby v ní klínový řemen mohl běžet.

Na obr. 9.13(a) je znázorněna řemenice s klínovým řemenem, která přenáší výkon pomocí jednoho klínového řemene, a na obr. 9.13(b) je znázorněn přenos výkonu pomocí tří klínových řemenů. U „pohonu s více klínovými řemeny“ mohou ostatní řemeny přenášet výkony i v případě poruchy jednoho řemene.

Klínový řemen má následující vlastnosti:

(a) Klínové řemeny se používají pro přenos velkých výkonů.

(b) Počet klínových řemenů použitých na téže řemenici závisí na přenášeném výkonu.

(c) Klínový řemen lze použít pro malou vzdálenost mezi středy ve srovnání s plochým řemenem.

(d) Ve srovnání s plochým řemenem zcela chybí prokluz.

(e) Lze jej použít v libovolné poloze a v libovolném směru; dokonce i osa hřídele může být nakloněná.

(f) Instalace klínového řemene je snadná.

(g) Výměna klínového řemene je snadná.

(h) Pohon klínovým řemenem je velmi efektivní a zabírá méně místa.

Omezení klínového řemene:

(a) Životnost klínového řemene je krátká v důsledku opotřebení.

(b) Není tak trvanlivý.

(c) Výroba klínového řemene je složitá a vyžaduje speciální techniku.

(d) Pokud se klínový řemen poškodí, je jedinou alternativou výměna, která rozšiřuje náklady.

(e) Klínové řemeny lze použít v rozsahu rychlostí 5-50 m/s.

(f) V případě výměny řemenů, pokud se poškodí jeden řemen, je nutné vyměnit všechny řemeny stejné sady.