Napędy pasowe i ich klasyfikacja | Przekładnia energetyczna | Budowa maszyn

Przekazywanie mocy za pomocą napędu pasowego jest jedną z najbardziej powszechnych i powszechnie stosowanych metod układu przenoszenia napędu, gdy dwa wały są równoległe (do 10 m) do siebie, jak pokazano na Rys. 9.1. Napęd pasowy składa się z dwóch równoległych wałów, a na każdym z nich zamontowane jest koło pasowe.

Po powierzchni koła pasowego biegnie pas bezkońcowy. Może wystąpić poślizg między nimi i dlatego nie można go nazwać napędem dodatnim. Kiedy pas przebiega przez koło pasowe, zawsze występuje tarcie, które działa pomiędzy powierzchnią koła pasowego a powierzchnią pasa w przeciwnym kierunku ruchu. Pas przenosi moc wyłącznie poprzez tarcie. System napędu pasowego może być stosowany przy dużych odległościach między środkami wałów. Dla efektywnego przenoszenia napędu, tarcie pomiędzy powierzchnią koła pasowego a powierzchnią pasa powinno być jak największe.

Jak wiadomo, w większości układów tarcie nie jest zjawiskiem pożądanym i powinno być jak najmniejsze.

1. Napęd z pasem płaskim:

Pas jest to cienki pasek wykonany ze skóry, kauczuku syntetycznego, płótna lub nici osadzonej w gumie lub balacie. Pasy te są wykonane jako płaskie i prostokątne w przekroju poprzecznym. Pasy są wykonywane bez końca poprzez łączenie dwóch końców pasa za pomocą szpilek lub szwów, jak pokazano na Rys. 9.2.

System może mieć zastosowanie do napędu indywidualnego lub grupowego. Indywidualny napęd taśmowy może być zastosowany, gdy każda maszyna będzie miała swój własny silnik elektryczny. W przypadku napędu grupowego, silnik o dużej mocy napędza wał górny zwany wałem głównym lub wałem żywym, a wał główny napędza inny wał zwany przeciwwałem, który napędza inny wał maszyny.

Moc obrotowa z koła pasowego napędzającego do koła pasowego napędzanego jest przenoszona dzięki tarciu pomiędzy powierzchnią pasa i powierzchnią koła pasowego. Pas będzie miał dwie strony, jedna strona będzie w naprężeniu zwanym stroną naprężenia, a druga strona będzie w mniejszym naprężeniu zwanym stroną luzu, jak pokazano na Rys. 9.3.

Strona naprężenia (T1) i strona luzu (T2) pasa zależą od kierunku obrotu koła pasowego napędzającego.

Wady i zalety pasów płaskich:

Wady:

i. Prosta metoda, powszechnie stosowany układ, działanie jest płynne, jeżeli taśma ma odpowiedni rozmiar.

ii. Niskie koszty utrzymania i długa żywotność.

iii. Elastyczność jest większa.

iv. Poziom szoku jest mniejszy.

v. Nadaje się do dwóch równoległych wałów.

vi. Nadaje się do dużych odległości między dwoma center-to-center wałów.

Wady:

i. Pas bezkońcowy jest wykonany przez połączenie dwóch końców za pomocą szpilek. Pas ma tendencję do uszkadzania się w pobliżu połączeń, co skraca jego żywotność. Może to wymagać okresowej wymiany pasa.

ii. System nie jest odpowiedni dla wałów krótkodystansowych.

iii. Wydajność jest mniejsza z powodu poślizgu i pełzania, jeśli rozmiar pasa nie jest odpowiedni.

iv. System nie jest napędem dodatnim.

Układ z pasem płaskim może być dwojakiego rodzaju:

(a) napęd pasem płaskim otwartym i

(b) napęd pasem płaskim poprzecznym.

(a) Napęd z pasem płaskim otwartym:

Rysunek 9.3 przedstawia układ otwartego napędu pasowego płaskiego. Dwa koła pasowe są zamontowane na dwóch równoległych wałach. Pas płaski biegnie prosto przez koła pasowe. Pas porusza się w tym samym kierunku. Układ ten jest najbardziej odpowiedni, gdy odległość pomiędzy środkami obu wałów jest duża, a obie strony pasa są do siebie równoległe. Koło pasowe A jest kołem napędowym, B jest kołem napędzanym, a obrót obu kół A i B jest zgodny z ruchem wskazówek zegara. Dolna część pasa jest napiętą stroną z napięciem T1, a górna strona pasa jest stroną luźną z napięciem T2 tak, że T1 > T2.

(b) Układ pasów płaskich poprzecznych:

Układ pasa płaskiego poprzecznego pokazano na rys. 9.4. Stosuje się go, gdy dwa wały są równoległe do siebie, ale mają być obracane w przeciwnych kierunkach. Wał koła napędzającego A jest obracany w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, podczas gdy wał koła napędzanego B jest obracany w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Odległość między środkami obu wałów wynosi L.

W tym systemie napędowym istnieje punkt połączenia, w którym pasy krzyżują się ze sobą i będą się zużywać z powodu ciągłego efektu tarcia podczas pracy. Efekt ten jest ciągły. Można jednak uniknąć efektów tarcia poprzez zwiększenie odległości pomiędzy środkami pasów równej 20-krotnej szerokości pasa. Taki system jest odpowiedni, gdy system jest eksploatowany z niską prędkością.

Poślizg taśmy:

W przypadku, gdy opór tarcia pomiędzy powierzchnią obręczy koła pasowego a powierzchnią pasa jest mniejszy, występuje różnica w ruchu względnym pomiędzy obiema powierzchniami, która znana jest jako poślizg pasa. Poślizg pasa można obliczyć jako różnicę pomiędzy prędkością liniową powierzchni obręczy koła pasowego i powierzchni pasa. Zwykłą metodą jest pomiar w procentach.

Poślizg pasa jest spowodowany następującymi przyczynami:

(a) Ciągły bieg pasa, powierzchnia obręczy koła pasowego staje się bardzo gładka,

(d) Zmniejszenie współczynnika tarcia pomiędzy dwoma powierzchniami.

(c) Wzrost długości pasa w wyniku ciągłej pracy.

(d) Duża różnica w napięciu strony napiętej (T1) i strony luźnej (T2).

Pogłębienie w napędzie pasowym:

Pogłębianie się jest spowodowane obecnością ruchu względnego pasa lub koła pasowego. Jest to spowodowane zwiększoną długością pasa. Podczas pracy, jest ciągły bieg pasa lub koła pasowego i jest naprzemienne kurczenie się i rozciąganie pasa. W związku z tym występuje utrata mocy. Ze względu na pełzanie pasa, mniej efektywna moc może być przenoszona i w związku z tym, następuje spadek współczynnika prędkości.

Kolektor zwrotny/koło pasowe jałowe:

Małe koło pasowe, które jest umieszczone po stronie luzu pasa i bliżej napędzanego koła pasowego B jest nazywane kołem pasowym pomocniczym, jak pokazano na Rys. 9.5. Koło pasowe C jest kołem pasowym jockey i jest również nazywane kołem pasowym biegu jałowego.

Poniżej przedstawiono zalety i wady jałowego koła pasowego:

(a) Zwiększa napięcie T2 w luźnej stronie pasa.

(b) Zwiększa kąt styku.

(c) Zmniejsza poślizg.

(d) Zwiększa skuteczność przenoszenia mocy.

(e) Zmniejsza żywotność pasa z powodu zwiększenia napięcia po stronie luzu przez umieszczenie koła pasowego.

System koła pasowego skośnego:

W przypadku systemu stopniowego koła pasowego, pojedyncze koło pasowe jest wykonane w trzech stopniach, jak pokazano na Rys. 9.6(a). Jest on wykonany z żeliwa. Dwa takie koła pasowe są zamontowane na dwóch równoległych wałach, jak pokazano na Rys. 9.6(b).

Na Rys. 9.6(b), A jest wałem napędzającym, a B jest wałem napędzanym. Wały są umieszczone równolegle do siebie i są tak ustawione, że największe koło pasowe A wypada dokładnie naprzeciwko najmniejszego koła pasowego napędzanego koła pasowego B. Średnice wszystkich stopni A i B są tak dobrane, że można użyć tego samego pasa. Układ ten jest przydatny do zmiany stosunku prędkości poprzez przesunięcie pasa z jednego stopnia na drugi. Czasami układ może być stosowany z czterostopniowym kołem pasowym zamiast trzystopniowego.

Układ stożkowego koła pasowego:

W tym typie układu elektrobębna, istnieją dwa wały zamontowane z długim czołem stożka, jak pokazano na Rys. 9.7(a) i są one utrzymywane równolegle do siebie, ale umieszczone w przeciwnym kierunku. Kompletny układ koła pasowego stożkowego został pokazany na Rys. 9.7(b).

W takim układzie, A jest wałem napędowym, a B jest wałem napędzanym. Płaski pasek biegnie nad powierzchnią czoła stożka w określonym położeniu, zgodnie z żądanym przełożeniem prędkości. There is a belt shifter „C” in between them. Pas może być przesunięty, aby zmienić stosunek prędkości w odpowiedni sposób. Układ ten jest bardzo użyteczny i powszechnie stosowany w tokarkach do toczenia drewna.

Złożony system napędu pasowego:

W układzie złożonego napędu pasowego, dany wał utrzymuje dwa lub więcej kół pasowych. Taki układ pokazano na rys. 9.8(a) i 9.8(b).

Jak pokazano na rys. 9.8(a) i 9.8(b), dla kombinacji A-B, A jest kołem napędzającym, a B jest kołem napędzanym. Dla kombinacji C-D, C jest kołem pasowym napędzającym, a D jest kołem pasowym napędzanym. Gdy pożądana jest maksymalna redukcja prędkości, zespół napędu pasowego jest uważany za najważniejszą metodę. Eliminuje on większe napędzane koło pasowe.

W tej kombinacji, koło pasowe B i C są złożonymi kołami pasowymi, tj. koło pasowe C jest wpustem na tym samym wale, na którym jest koło pasowe B. D jest innym kołem pasowym. D jest kolejnym kołem pasowym. Pas biegnie przez A-B, a inny pas biegnie przez C-D. Prędkość koła pasowego B (nb) i koła pasowego C (nc) jest taka sama, tzn. nb = nc.

Prędkość koła pasowego D (nd) można obliczyć jako:

gdzie na, nb, nc i da, db, dc są odpowiednio prędkością i średnicą kół pasowych A, B, i C; t jest grubością pasa.

Szybkie i luźne koło pasowe:

W dobrze zorganizowanym warsztacie, kilka maszyn jest napędzanych przez jeden główny wał napędowy (znany jako wał liniowy) i dość często jedna maszyna ma być zatrzymana lub często uruchamiana. Aby zatrzymać jedną maszynę, należy zatrzymać napędzający ją wał główny, co utrudnia pracę innych maszyn. Problem ten można jednak wyeliminować, wprowadzając technikę przedstawioną na rys. 9.9.

Układ ten ułatwia pracę lub zatrzymanie maszyny zgodnie z naszą potrzebą. Rysunek 9.9 pokazuje, że moc jest przekazywana z koła pasowego napędzającego A do koła pasowego szybkiego B za pomocą napędu pasowego. Wał szybkiego koła pasowego jest połączony z maszyną, która ma zostać zatrzymana. Obok niego znajduje się wolne/luźne koło pasowe, które jest wolne na wale i obraca się swobodnie.

Symbole i wzory do użycia dla pasów płaskich:

Jak pokazano na Rys. 9.10, przyjmijmy A i B jako dwa koła pasowe.

Wtedy,

da = Średnica napędzającego koła pasowego, m

db = Średnica napędzanego ściągacza, m

ra = Promień napędzającego koła pasowego

rb = Promień napędzanego koła pasowego

na = Prędkość napędzającego koła pasowego, obr,

T1 = Naprężenie boczne

T2 = Naprężenie boczne z luzem

T = Maksymalne naprężenie pasa = T1 + T2

T0 = Początkowe naprężenie pasa = (T1 + T2)/2

Tc = Naprężenie odśrodkowe = mv2

Tco = Naprężenie początkowe uwzględniające naprężenie odśrodkowe

= (T1 + T2 + 2Tc )/2

T1 – T2= Naprężenie netto lub efektywne w pasie

b = Szerokość pasa, m

t = Grubość pasa

v = Prędkość pasa (m/s)

ωa = Prędkość kątowa koła napędzającego = 2Πna

ωb = Prędkość kątowa koła napędzanego = 2Πnb

P = Przenoszona moc (kW) = (T1 – T2)v/1000

2. Napęd z pasem klinowym:

Pasy klinowe są uważane za bardzo odpowiednie do układów przenoszenia dużych mocy. Przekrój poprzeczny pasa klinowego jest trapezowy, jak pokazano na Rys. 9.11. Jest on uformowany z czystej gumy/kauczuku syntetycznego z materiałem włóknistym, takim jak nośne sznury nylonowe, które mają wytrzymałość włóknistą. Pasy klinowe są konstruowane przez producentów jako nieskończona pętla o ograniczonej długości, w zależności od rozpatrywanego systemu.

Pas klinowy ściśle dopasowany i prowadzony w kole pasowym z rowkiem klinowym do przenoszenia wysokiego momentu obrotowego został pokazany na Rys. 9.12. Jak widać, dwie powierzchnie pasa klinowego stykają się z powierzchnią rowka klinowego, poprawiając w ten sposób siły tarcia pomiędzy pasem a kołem pasowym. W tym układzie efektywność przenoszenia napędu jest znacznie lepsza.

Dzięki dużym siłom tarcia, zużycie paska klinowego wzrasta, co powoduje skrócenie żywotności paska. Producenci są podejmowania V-belt w różnych rozmiarach, jak na wymagania. Kiedy pasek klinowy jest używany do przenoszenia mocy, koło pasowe jest modyfikowane przez zapewnienie klinowego rowka, tak aby pasek klinowy mógł pracować w rowku.

Rysunek 9.13(a) pokazuje koło pasowe, które przenosi moc za pomocą pojedynczego pasa klinowego, a rysunek 9.13(b) pokazuje przenoszenie mocy za pomocą trzech pasów klinowych. W „napędzie z wieloma pasami klinowymi”, nawet jeśli jeden pas ulegnie awarii, pozostałe pasy mogą przenosić moc.

Pas klinowy ma następujące cechy:

(a) Pasy klinowe są stosowane do przenoszenia dużych mocy.

(b) Liczba pasów klinowych używanych na tym samym kole pasowym zależy od mocy, która ma być przeniesiona.

(c) Pas klinowy może być użyty dla małej odległości między środkami w porównaniu do pasa płaskiego.

(d) Poślizg jest całkowicie nieobecny w porównaniu z pasem płaskim.

(e) Może być stosowany w dowolnym położeniu i dowolnym kierunku; nawet oś wału może być nachylona.

(f) Instalacja pasa klinowego jest łatwa.

(g) Wymiana paska klinowego jest łatwa.

(h) Napęd z pasem klinowym jest bardzo skuteczny i zajmuje mniej miejsca.

Ograniczenia paska klinowego:

(a) Żywotność paska klinowego jest krótka z powodu zużycia.

(b) Nie jest on tak trwały.

(c) Produkcja paska klinowego jest skomplikowana i wymaga specjalnej techniki.

(d) Jeżeli pas klinowy ulegnie uszkodzeniu, wymiana jest jedyną alternatywą, która zwiększa koszty.

(e) Pasy klinowe mogą być stosowane w zakresie prędkości 5-50 m/s.

(f) W przypadku wymiany pasów, jeżeli jeden pas ulegnie uszkodzeniu, wymagana jest wymiana wszystkich pasów z tego samego zestawu.