Szíjhajtások és osztályozása | Erőátvitel | Gépészet

A szíjhajtással történő erőátvitel az egyik leggyakoribb és általánosan használt erőátviteli rendszer, amikor két tengely párhuzamosan (legfeljebb 10 m-re) helyezkedik el egymással, ahogy a 9.1. ábrán látható. A szíjhajtás két párhuzamos tengelyből áll, és mindkét tengelyre egy-egy szíjtárcsa van szerelve.

A tárcsa felületén egy végtelenített szíj fut. Előfordulhat köztük csúszás, ezért nem nevezhető pozitív hajtásnak. Amikor a szíj a szíjtárcsán fut, mindig van egy súrlódás, amely a szíjtárcsa felülete és a szíj felülete között a mozgással ellentétes irányban hat. A szíj csak a súrlódás révén továbbítja a teljesítményt. A szíjhajtás a tengely hosszú középpont-távolsága esetén használható. A hatékony erőátvitel érdekében a csigakerék és a szíj felülete közötti súrlódásnak a lehető legnagyobbnak kell lennie.

Mint ismeretes, a legtöbb rendszerben a súrlódás nem kívánatos jelenség, és a lehető legkisebbnek kell lennie.

1. Lapos szíjhajtás:

A szíj bőrből, szintetikus gumiból, vászonból vagy gumiba vagy balátába ágyazott fonalból készült vékony szalag. Ezek a szíjak lapos és négyszögletes keresztmetszetűek. A szíjakat végtelenítetté teszik úgy, hogy az öv két végét csapokkal vagy varrással kötik össze, amint azt a 9.2. ábra mutatja.

A rendszer alkalmazható egyéni hajtásra vagy csoportos hajtásra. Az egyéni szíjhajtás akkor alkalmazható, ha minden gépnek saját villanymotorja lesz. Csoportos meghajtás esetén egy nagy teljesítményű motor meghajt egy főtengelynek vagy élőtengelynek nevezett felső tengelyt, a főtengely pedig egy másik, ellentengelynek nevezett tengelyt, amely egy másik géptengelyt hajt meg.

A hajtó szíjtárcsáról a hajtott szíjtárcsára a forgási teljesítmény a szíj felülete és a szíjtárcsa felülete közötti súrlódás miatt kerül átvitelre. Az ékszíjnak két oldala lesz, az egyik oldal feszített, úgynevezett feszített oldal, míg a másik oldal kisebb feszültségben lesz, úgynevezett laza oldal, amint az a 9.3. ábrán látható.

A szíj feszített oldala (T1) és laza oldala (T2) a hajtó tárcsa forgásirányától függ.

A lapos szíjak előnyei és hátrányai:

Hátrányok:

i. Egyszerű módszer, általánosan használt elrendezés, a működés zökkenőmentes, ha a szíj megfelelő méretű.

ii. Alacsony karbantartási költség és hosszú élettartam.

iii. A rugalmasság nagyobb.

iv. A megrázkódtatás mértéke kisebb.

v. Alkalmas két párhuzamos tengelyhez.

vi. Alkalmas két középponti tengely közötti nagy távolságokra.

Hátrányok:

i. Végtelen szíj úgy készül, hogy a két végét csapokkal kötik össze. A szíj hajlamos az illesztések közelében megsérülni, ami csökkenti az élettartamát. Ez szükségessé teheti a szíj időszakos cseréjét.

ii. A rendszer nem alkalmas rövidtávú tengelyekhez.

iii. A csúszás és a kúszás miatt kisebb a hatékonyság, ha a szíj mérete nem megfelelő.

iv. A rendszer nem pozitív hajtású.

A lapos szíj elrendezése kétféle lehet:

(a) nyitott laposszíjhajtás és

(b) keresztirányú laposszíjhajtás.

(a) Nyitott laposszíjhajtás:

A 9.3. ábra egy nyitott laposszíjhajtású elrendezést mutat. Két tárcsa van két párhuzamos tengelyre szerelve. Egy lapos szíj fut a tárcsákon egyenesen. A szíj folyamatosan ugyanabban az irányban fut. Ez az elrendezés akkor a legalkalmasabb, ha a két tengely középponti távolsága nagy, és a szíj mindkét oldala párhuzamos egymással. Az A szíjtárcsa a hajtó szíjtárcsa, a B pedig a hajtott szíjtárcsa, és mind az A, mind a B szíjtárcsa az óramutató járásával megegyezően forog. A szíj alsó része a feszes oldal T1 feszültséggel, a felső oldala pedig a laza oldal T2 feszültséggel úgy, hogy T1 > T2.

b) Keresztirányú laposszíj elrendezés:

A keresztirányú laposszíj elrendezés elrendezését a 9.4. ábra mutatja. Ezt akkor használják, ha két tengely párhuzamos egymással, de ellentétes irányban kell forgatni őket. Az A hajtó szíjtárcsa tengelyét az óramutató járásával megegyező irányban, míg a B hajtó szíjtárcsa tengelyét az óramutató járásával ellentétes irányban forgatjuk. A két tengely középponti távolsága L.

Ebben a hajtásrendszerben van egy csomópont, ahol a szíjak keresztezik egymást, és a működés során az állandó dörzsölő hatás miatt elhasználódnak. Ez a hatás folyamatos. A súrlódási hatások azonban elkerülhetők a középpont-középpont távolságnak a szíj szélességének 20-szorosával való növelésével. Az ilyen rendszer megfelelőnek bizonyul, ha a rendszert alacsony sebességgel működtetik.

A szíj csúszása:

Abban az esetben, ha a csigakerék peremfelülete és a szíj felülete közötti súrlódási ellenállás kisebb, a két felület közötti relatív mozgásban különbség keletkezik, amit szíjcsúszásnak nevezünk. A szíjcsúszás kiszámítható a szíjtárcsa peremfelülete és a szíjfelület lineáris sebessége közötti különbségként. A szokásos módszer a százalékban történő mérés.

A szíjcsúszást a következő okok okozzák:

(a) A szíj folyamatos futása, a szíjtárcsa peremfelülete nagyon simává válik,

(d) A két felület közötti súrlódási együttható csökkenése.

(c) A szíj hosszának növekedése a folyamatos működés miatt.

(d) Nagy különbség a feszes oldal (T1) és a laza oldal (T2) feszültségében.

A szíjhajtás kúszása:

A recsegés a szíj vagy a szíjtárcsa relatív mozgása miatt keletkezik. Ez a szíj megnövekedett hosszának köszönhető. Működés közben a szíj vagy a szíjtárcsa folyamatos futása és a szíj váltakozó összehúzódása és megnyúlása történik. Így teljesítménycsökkenés következik be. A szíj kúszása miatt kevesebb hatékony teljesítményt lehet átvinni, és ezért csökken a fordulatszám-arány.

Jockey csigakerék/csigakerék:

A 9.5. ábrán látható kis szíjtárcsát, amelyet a szíj laza oldalán és a meghajtott B szíjtárcsához közelebb helyeznek el, jockey szíjtárcsának nevezzük. A C szíjtárcsa a jockey szíjtárcsa, és üresjárati szíjtárcsának is nevezik.

A következőkben az üresjárati csigák előnyeit és hátrányait ismertetjük:

a) Megnöveli a T2 feszültséget a szíj laza oldalán.

(b) Növeli az érintkezési szöget.

(c) Csökkenti a csúszást.

(d) Növeli a teljesítményátvitel hatékonyságát.

(e) Csökkenti az ékszíj élettartamát a hézagoldali feszültségnek a vezérműtengely elhelyezésével történő növelése miatt.

Soros szíjtárcsás rendszer:

A lépcsős csigarendszer esetében egyetlen csiga három lépcsőben készül, amint az a 9.6. a) ábrán látható. Öntöttvasból készül. Két ilyen szíjtárcsa két párhuzamos tengelyre van szerelve, ahogy a 9.6. ábra b) pontja mutatja.

A 9.6. b) ábrán A a hajtótengely és B a hajtott tengely. A tengelyek egymással párhuzamosan helyezkednek el, és úgy vannak beállítva, hogy az A legnagyobb tárcsája éppen szemben essen a B hajtott tárcsa legkisebb tárcsájával. Az A és B minden lépcsőjének átmérője úgy van beállítva, hogy ugyanaz a szíj használható legyen. Az elrendezés hasznos a sebességarány megváltoztatására a szíj egyik fokozatról a másikra történő áthelyezésével. Néha a rendszer háromfokozatú szíjtárcsa helyett négyfokozatú szíjtárcsával is használható.

Kúpos csigás elrendezés:

Egy ilyen típusú csigás elrendezésben két tengely van felszerelve hosszú kúpcsonkkal, ahogy a 9.7. ábra (a) ábrán látható, és párhuzamosan tartják őket egymással, de ellentétes irányban vannak elhelyezve. A 9.7. ábra b) pontja egy teljes kúpos csigaelrendezést mutat.

Egy ilyen elrendezésben A a hajtótengely és B a hajtott tengely. Egy lapos szíj fut a kúp csonkjának felületén egy adott helyzetben, a kívánt fordulatszám-aránynak megfelelően. Közöttük van egy “C” szíjváltó. Az ékszíj eltolható a fordulatszám-arány megfelelő módon történő változtatásához. Az elrendezés nagyon hasznos és általánosan használt a fa esztergályos munkáknál.

Összetett szíjhajtás:

A vegyes szíjhajtás elrendezésében egy adott tengely két vagy több szíjtárcsát tart. Ilyen elrendezést mutat a 9.8. a) és a 9.8. b) ábra.

A 9.8(a) és 9.8(b) ábrán látható A-B kombináció esetén A a hajtó szíjtárcsa A, B pedig a hajtott szíjtárcsa. C-D kombináció esetén C a hajtó szíjtárcsa és D a hajtott szíjtárcsa. Ha a fordulatszám maximális csökkentésére van szükség, az összetett szíjhajtás-szerelvényt tekintik a legfontosabb módszernek. Ez kiküszöböli a nagyobb hajtott szíjtárcsát.

Ebben a kombinációban a B és a C szíjtárcsa az összetett szíjtárcsa, azaz a C szíjtárcsa ugyanarra a tengelyre van kulcsolva, amelyen a B szíjtárcsa van. D egy másik szíjtárcsa. Egy szíj fut az A-B szíjon, és egy másik szíj fut a C-D szíjon. A B szíjtárcsa (nb) és a C szíjtárcsa (nc) sebessége megegyezik, azaz nb = nc.

A D csiga sebessége (nd) a következőképpen számítható ki:

ahol na, nb, nc és da, db, dc az A, B és C csigák sebessége és átmérője; t a szíj vastagsága.

Gyors és laza szíjtárcsa:

Egy jól szervezett műhelyben több gépet egyetlen fő hajtótengely (ún. vonaltengely) hajt meg, és elég gyakran előfordul, hogy egy gépet gyakran kell leállítani vagy működtetni. Az egyik gép leállításához le kell állítani a hajtó főtengelyt, ami akadályozza a többi gép munkáját. Ez a probléma azonban kiküszöbölhető a 9.9. ábrán bemutatott technika bevezetésével.

Az elrendezés megkönnyíti, hogy a gép az igényeinknek megfelelően működjön vagy álljon le. A 9.9. ábrán látható, hogy a teljesítményt az A hajtó tárcsáról a B gyors tárcsára szíjhajtás segítségével továbbítjuk. A gyors szíjtárcsa tengelye a leállítandó géphez van csatlakoztatva. Mellette van egy szabad/laza szíjtárcsa, amely szabadon van a tengelyen és szabadon forog.

Ha a szíjat szíjváltó segítségével áthelyezik a szabadon forgó laza tárcsára, a gyors tárcsa forgása megáll, ezáltal a gép tengelyének forgása megáll. A szíj tovább fut, de a gyors szíjtárcsa szabaddá válik, és a gép gyorsan leáll.

A lapos szíjhoz használandó szimbólumok és képletek:

A 9.10. ábrán látható módon tegyük fel, hogy A és B két szíjtárcsa.

Ezután:

da = a hajtó szíjtárcsa átmérője, m

db = a hajtott húzó átmérője, m

ra = a hajtó szíjtárcsa sugara

rb = a hajtott szíjtárcsa sugara

na = a hajtó szíjtárcsa sebessége, rpm

nb = a hajtott szíjtárcsa sebessége, rpm

m = A szíj tömege/hossza (kg/m)

θa = Az A szíjtárcsa érintkezési szöge

θb = A B szíjtárcsa érintkezési szöge

L = A hajtó és a hajtott szíjtárcsa közötti középponti távolság

L0 = A szíj hossza nyitott szíjhajtás esetén

Lc = A szíj hossza keresztirányú szíjhajtás esetén

Lc = A szíj hossza keresztirányú szíjhajtás esetén.

T1 = Feszes oldalfeszültség

T2 = Laza oldalfeszültség

T = A szíj maximális feszültsége = T1 + T2

T0 = A szíj kezdeti feszültsége = (T1 + T2)/2

Tc = A szíj eredeti feszültsége = (T1 + T2)/2

Tc = Centrifugális feszültség = mv2

Tco = Kezdeti feszültség a centrifugális feszültséget figyelembe véve

= (T1 + T2 + 2Tc )/2

T1 – T2= Nettó vagy effektív feszültség a szíjban

b = A szíj szélessége, m

t = A szíj vastagsága

v = A szíj sebessége (m/s)

ωa = A hajtó szíjtárcsa szögsebessége = 2Πna

ωb = A hajtott szíjtárcsa szögsebessége = 2Πnb

P = Az átvitt teljesítmény (kW) = (T1 – T2)v/1000

2. A hajtott szíjtárcsa szögsebessége = (T1 – T2)v/1000

. Ékszíjhajtás:

Az ékszíjakat nagyon alkalmasnak találják nagy teljesítményű erőátviteli rendszerekhez. Az ékszíj keresztmetszete a 9.11. ábrán látható módon trapéz alakú. Tiszta gumiból/szintetikus gumiból öntik szálas anyaggal, például nejlonból készült teherhordó zsinórokkal, amelyek szálas szilárdsággal rendelkeznek. Az ékszíjakat a gyártók a vizsgált rendszertől függően korlátozott hosszúságú végtelen hurokként alakítják ki.

A 9.12. ábra a nagy nyomaték átvitelére szolgáló, szorosan illesztett és egy ék alakú csigán futó ékszíjat mutatja. Mint látható, az ékszíj két felülete érintkezik az ékhorony felületével, ezáltal javítva a szíj és a szíjtárcsa közötti súrlódási erőket. Az erőátvitel hatékonysága ebben a rendszerben jelentősen javul.

A nagy súrlódási erők miatt megnő az ékszíj kopása, ami a szíj élettartamának csökkenését okozza. A gyártók az igényeknek megfelelően különböző méretekben gyártják az ékszíjakat. Amikor az ékszíjat erőátvitelre használják, a szíjtárcsát ék alakú horonnyal látják el, hogy az ékszíj a horonyban futhasson.

A 9.13. a) ábra egy olyan ékszíjtárcsát mutat, amely egyetlen ékszíjjal továbbítja a teljesítményt, a 9.13. b) ábra pedig három ékszíjjal történő teljesítményátvitelt mutat. A “több ékszíjhajtás” esetén az egyik ékszíj meghibásodása esetén is képes a többi ékszíj teljesítményt továbbítani.

Az ékszíj a következő tulajdonságokkal rendelkezik:

a) Az ékszíjakat nagy teljesítmény átvitelére használják.

(b) Az ugyanazon a tárcsán használt ékszíjak száma az átvihető teljesítménytől függ.

(c) Az ékszíj a lapos szíjhoz képest kis középpont-távolság esetén használható.

(d) A csúszás teljesen hiányzik a lapos szíjhoz képest.

(e) Bármilyen helyzetben és irányban használható; még a tengely tengelye is lehet ferde.

(f) Az ékszíj szerelése egyszerű.

(g) Az ékszíj cseréje egyszerű.

(h) Az ékszíjhajtás nagyon hatékony és kevesebb helyet foglal.

Az ékszíj meghajtás korlátai:

(a) Az ékszíj élettartama az elhasználódás miatt rövid.

(b) Nem olyan tartós.

(c) Az ékszíj gyártása bonyolult és különleges technikát igényel.

(d) Ha az ékszíj megsérül, a csere az egyetlen alternatíva, ami megnöveli a költségeket.

(e) Az ékszíjak 5-50 m/s sebességtartományban használhatók.

(f) A szíjak cseréje esetén, ha egy szíj megsérül, ugyanannak a készletnek az összes szíját ki kell cserélni.