Riemaandrijvingen & hun classificatie | Aandrijftechniek | Werktuigbouwkunde

De aandrijftechniek met riemaandrijving is een van de meest voorkomende en universeel gebruikte methoden van aandrijfsystemen wanneer twee assen evenwijdig (tot 10 m) aan elkaar lopen, zoals in Fig. 9.1 is te zien. Een riemaandrijving bestaat uit twee parallelle assen en op elke as is een riemschijf gemonteerd.

Een eindeloze riem loopt over het oppervlak van de riemschijf. Er kan slip optreden tussen de riemen en daarom kan het geen positieve aandrijving worden genoemd. Wanneer de riem over de riemschijf loopt, is er altijd wrijving tussen het oppervlak van de riemschijf en dat van de riem in de tegenovergestelde richting van de beweging. De riem brengt alleen kracht over door wrijving. Het riemaandrijfsysteem kan worden gebruikt voor lange hart-op-hart afstanden van de as. Voor een doeltreffende overbrenging moet de wrijving tussen het oppervlak van de poelie en dat van de riem zo groot mogelijk zijn.

Zoals bekend, is in de meeste systemen wrijving geen gewenst verschijnsel en dient deze zo minimaal mogelijk te zijn.

1. Vlakke riemaandrijving:

Een riem is een dunne band van leer, synthetisch rubber, canvas, of draad, ingebed in rubber of balata. Deze riemen worden plat en rechthoekig in doorsnede gemaakt. De riemen worden eindeloos gemaakt door de twee uiteinden van de riem met elkaar te verbinden door middel van pinnen of stiksels, zoals in afb. 9.2 is te zien.

Het systeem kan worden toegepast voor individuele aandrijving of groepsaandrijving. Individuele riemaandrijving kan worden gebruikt wanneer elke machine een eigen elektromotor heeft. In het geval van groepsaandrijving drijft een motor met grote capaciteit een bovenliggende as aan die hoofdas of levende as wordt genoemd en de hoofdas drijft een andere as aan die tegenas wordt genoemd en die een andere machine-as aandrijft.

De rotatiekracht van de aandrijfpoelie naar de aangedreven poelie wordt overgebracht door wrijving tussen het oppervlak van de riem en het oppervlak van de poelie. De riem heeft twee kanten: aan de ene kant staat de riem onder spanning, de spanningskant, en aan de andere kant staat de riem onder een lagere spanning, de slappe kant, zoals in Fig. 9.3 is te zien.

De spanningszijde (T1) en de spelingzijde (T2) van de riem hangen af van de draairichting van de aandrijfschijf.

Voordelen en nadelen van platte riemen:

Voordelen:

i. Eenvoudige methode, universeel gebruikte regeling, werking is soepel als de riem van de juiste grootte is.

ii. Lage onderhoudskosten en lange levensduur.

iii. Flexibiliteit is meer.

iv. Het niveau van de schok is minder.

v. Geschikt voor twee parallelle assen.

vi. Geschikt voor grote afstanden tussen twee hart-op-hart assen.

Nadelen:

i. Eindloze riem wordt gemaakt door de twee uiteinden met pinnen te verbinden. De riem heeft de neiging beschadigd te raken in de buurt van de verbindingen, waardoor de levensduur wordt verkort. Dit kan periodieke vervanging van de riem noodzakelijk maken.

ii. Het systeem is niet geschikt voor korte afstand as.

iii. De efficiency is minder door slip en kruip, als de maat van de riem niet goed is.

iv. Het systeem is geen positieve aandrijving.

De opstelling van de vlakke riem kan van twee types zijn:

(a) Open vlakke riemaandrijving en

(b) Dwarsvlakke riemaandrijving.

(a) Open vlakke riemaandrijving:

Figuur 9.3 toont een open vlakke riemaandrijving. Er zijn twee riemschijven gemonteerd op twee parallelle assen. Een platte riem loopt recht over de poelies. De riem blijft in dezelfde richting lopen. Deze opstelling is het meest geschikt wanneer de hart-op-hart afstand van de twee assen groot is en beide zijden van de riem evenwijdig aan elkaar lopen. Poelie A is de aandrijfpoelie en B is de aangedreven poelie; zowel A als B draaien met de wijzers van de klok mee. Het onderste deel van de riem is de gespannen zijde met spanning T1 en het bovenste deel van de riem is de slappe zijde met spanning T2, zodat T1 > T2.

(b) Dwarsvlakke riemopstelling:

De opstelling van een kruiselingse vlakke riem is weergegeven in Fig. 9.4. Deze wordt gebruikt wanneer twee assen evenwijdig aan elkaar zijn, maar in tegengestelde richting moeten draaien. Aangedreven poelie-as A wordt met de wijzers van de klok mee gedraaid, terwijl aangedreven poelie-as B tegen de wijzers van de klok in wordt gedraaid. De hart-op-hart-afstand van de twee assen is L.

In dit aandrijfsysteem is er een knooppunt waar de riemen elkaar kruisen en ze zullen slijten door het constante wrijvingseffect tijdens het gebruik. Dit effect is continu. Het wrijvingseffect kan echter worden vermeden door de hart-op-hart-afstand te vergroten tot 20 maal de breedte van de riem. Een dergelijk systeem wordt geschikt bevonden wanneer het systeem bij lage snelheid wordt gebruikt.

Gordel Slip:

In het geval, dat de wrijvingsweerstand tussen het oppervlak van de poelie-rand en het oppervlak van de riem minder is, treedt er een verschil op in de relatieve beweging tussen beide oppervlakken, dat bekend staat als riemslip. Riemslip kan worden berekend als het verschil tussen de lineaire snelheid van het oppervlak van de poelie-rand en het oppervlak van de riem. De gebruikelijke methode is te meten als percentage.

Riemslip wordt veroorzaakt door de volgende oorzaken:

(a) Continue loop van de riem, poelie velg oppervlak wordt zeer glad,

(d) Afname van de wrijvingscoëfficiënt in tussen de twee oppervlakken.

(c) Toename van de lengte van de riem door constante werking.

(d) Groot verschil in spanning tussen de strakke zijde (T1) en de slappe zijde (T2).

Creep in de riemaandrijving:

Creep wordt veroorzaakt door de aanwezigheid van de relatieve beweging van een riem of poelie. Het is te wijten aan de toegenomen lengte van de riem. Tijdens de werking loopt de riem of poelie voortdurend en is er afwisselend sprake van samentrekken en uitrekken van de riem. Er treedt dus krachtverlies op. Als gevolg van kruip in de riem kan minder effectief vermogen worden overgebracht, waardoor de snelheidsverhouding afneemt.

Zetelriemschijf/asriemschijf:

Een kleine poelie die aan de slappe kant van de riem en dichter bij de aangedreven poelie B is geplaatst, wordt jockeypoelie genoemd, zoals te zien is in Fig. 9.5. Katrol C is de jockeypoelie en wordt ook wel stationaire poelie genoemd.

Volgende zijn de voor- en nadelen van een stationaire poelie:

(a) Het verhoogt de spanning T2 in de slappe zijde van de riem.

(b) Het verhoogt de hoek van contact.

(c) Het vermindert de slip.

(d) Het verhoogt de doeltreffendheid van de krachtoverbrenging.

(e) Het vermindert de levensduur van de riem als gevolg van toename van de slappe zijde spanning door de plaatsing van jockey katrol.

Stepped Pulley System:

Bij een getrapt poeliesysteem wordt een enkele poelie in drie stappen gemaakt, zoals te zien is in Fig. 9.6(a). Hij is gemaakt van gietijzer. Twee van dergelijke katrollen zijn gemonteerd op twee parallelle assen, zoals te zien is in Fig. 9.6(b).

In fig. 9.6(b) is A de aandrijfas en B de aangedreven as. De assen zijn evenwijdig aan elkaar geplaatst en ze zijn zo uitgelijnd dat de grootste poelie van A precies tegenover de kleinste poelie van de aangedreven poelie B valt. De diameter van alle stappen van A en B zijn zo afgesteld dat dezelfde riem kan worden gebruikt. De opstelling is nuttig voor het veranderen van de snelheidsverhouding door de riem van de ene trap naar de andere te verplaatsen. Soms kan het systeem worden gebruikt met een poelie in vier stappen in plaats van met een poelie in drie stappen.

Kegelpoelieopstelling:

In dit type katrolopstelling zijn er twee assen gemonteerd met lange korst van kegel zoals getoond in Fig. 9.7(a) en ze worden parallel aan elkaar gehouden, maar in tegengestelde richting geplaatst. Een volledige kegelwielpoelie is afgebeeld in Fig. 9.7(b).

In een dergelijke opstelling is A de aandrijvende as en B de aangedreven as. Een vlakke riem loopt over het oppervlak van de kegelvorm in een bepaalde stand, afhankelijk van de gewenste snelheidsverhouding. Daartussen bevindt zich een riemschuiver “C”. De riem kan worden verschoven om de snelheidsverhouding op de juiste manier te variëren. De regeling is zeer nuttig en wordt algemeen gebruikt in houtdraaibankwerk.

Samengesteld riemaandrijfsysteem:

In samengestelde riemaandrijving regeling, een bepaalde schacht houdt twee of meer katrollen. Een dergelijke opstelling is te zien in Fig. 9.8(a) en 9.8(b).

Zoals in afb. 9.8(a) en 9.8(b) is te zien, is bij een A-B combinatie A de aandrijfschijf en B de aangedreven schijf. Bij de C-D-combinatie is C de aandrijfpoelie en D de aangedreven poelie. Wanneer een maximale snelheidsvermindering gewenst is, wordt de samengestelde riemaandrijving beschouwd als de belangrijkste methode. Het elimineert de grotere aangedreven poelie.

In deze combinatie zijn poelie B en C de samengestelde poelies, d.w.z. dat poelie C op dezelfde as is gespiegeld als poelie B. D is een andere poelie. Een riem loopt over A-B en een andere riem loopt over C-D. De snelheid van poelie B (nb) en poelie C (nc) is gelijk, d.w.z., nb = nc.

De snelheid van poelie D (nd) kan worden berekend als:

waarbij na, nb, nc en da, db, dc respectievelijk de snelheid en de diameter van poelies A, B, en C zijn; t is de riemaandikte.

Snelle en losse poelie:

In een goed georganiseerde werkplaats worden verschillende machines aangedreven door een enkele hoofdaandrijfas (lijnas genoemd) en vrij vaak moet één machine worden gestopt of vaak draaien. Om een machine te stoppen, moet de aangedreven hoofdas worden stilgezet, wat het werk van andere machines belemmert. Dit probleem kan echter worden opgelost door de techniek van Fig. 9.9 toe te passen.

De regeling maakt het mogelijk de machine naar behoefte te laten draaien of stoppen. Figuur 9.9 laat zien dat het vermogen door middel van een riemaandrijving wordt overgebracht van drijfschijf A naar snelle poelie B. De as van de snelle poelie is verbonden met de machine die tot stilstand moet worden gebracht. Aangrenzend bevindt zich een vrije/losse poelie die vrij op de as staat en vrij ronddraait.

Als de riem met de riemschuiver naar de vrij draaiende losse poelie wordt verschoven, stopt de snelle poelie met draaien en stopt de machine-as met draaien. De riem blijft lopen, maar de snelle poelie komt vrij en de machine stopt snel.

Symbolen en formules te gebruiken voor Vlakke Riem:

Zie Fig. 9.10, laten we A en B als twee poelies aannemen.

da = Diameter van de aangedreven poelie, m

db = Diameter van de aangedreven poelie, m

ra = Straal van de aangedreven poelie

rb = Straal van de aangedreven poelie

na = Snelheid van de aangedreven poelie, rpm

nb = Snelheid van de aangedreven poelie, rpm

nb = Snelheid van de aangedreven poelie, rpm

rb = Snelheid van de aangedreven poelie, rpm

rb = Snelheid van de aangedreven poelie, rpm

m = Massa/lengte riem (kg/m)

θa = Contacthoek bij poelie A

θb = Contacthoek bij poelie B

L = Hartafstand tussen de aandrijf- en de aangedreven poelie

L0 = Lengte van de riem in open riemaandrijving

Lc = Lengte van de riem in kruis-aandrijving

T1 = Strakke zijspanning

T2 = Slappe zijspanning

T = Maximale spanning in de riem = T1 + T2

T0 = Initiële spanning in de riem = (T1 + T2)/2

Tc = Centrifugale spanning = mv2

Tco = Initiële spanning rekening houdend met centrifugale spanning

= (T1 + T2 + 2Tc )/2

T1 – T2= Netto of effectieve spanning in de riem

b = Breedte van de riem, m

t = Riemdikte

v = Snelheid van de riem (m/s)

ωa = Hoeksnelheid van de aangedreven poelie = 2Πna

ωb = Hoeksnelheid van de aangedreven poelie = 2Πnb

P = Overgebracht vermogen (kW) = (T1 – T2)v/1000

2. V-riemaandrijving:

V-riemen worden zeer geschikt bevonden voor hoog-vermogen-overbrengingssystemen. De dwarsdoorsnede van een V-riem is trapeziumvormig zoals in fig. 9.11 is aangegeven. Hij wordt gegoten uit zuiver rubber/synthetisch rubber met vezelachtig materiaal, zoals lastdragende koorden van nylon die vezelachtig sterk zijn. V-riemen worden door de fabrikanten gestructureerd als een eindeloze lus met een beperkte lengte, afhankelijk van het beschouwde systeem.

Een V-riem die strak is gemonteerd en in een V-groefschijf loopt om een hoog koppel over te brengen, is afgebeeld in Fig. 9.12. Zoals te zien is, raken twee oppervlakken van de V-riem het oppervlak van de V-groef, waardoor de wrijvingskrachten tussen de riem en de poelie verbeteren. De doeltreffendheid van de overbrenging is in dit systeem sterk verbeterd.

Door de grote wrijvingskrachten neemt de slijtage van de V-riem toe, waardoor de riem minder lang meegaat. De fabrikanten maken V-riemen in verschillende maten, afhankelijk van de behoefte. Wanneer een V-riem wordt gebruikt voor krachtoverbrenging, wordt de riemschijf aangepast door een wigvormige groef aan te brengen, zodat de V-riem in de groef kan lopen.

Figuur 9.13(a) toont een V-riemschijf die vermogen overbrengt met een enkele V-riem en Fig. 9.13(b) toont krachtoverbrenging met drie V-riemen. Bij “meervoudige V-riemaandrijving” kunnen, zelfs als één riem uitvalt, de andere riemen vermogens overbrengen.

Een V-riem heeft de volgende eigenschappen:

(a) V-riemen worden gebruikt voor de overbrenging van grote vermogens.

(b) Het aantal V-snaren dat op dezelfde riemschijf wordt gebruikt, hangt af van het over te brengen vermogen.

(c) Een V-riem kan worden gebruikt voor een kleine hart-op-hart afstand in vergelijking met een vlakke riem.

(d) Slip is geheel afwezig in vergelijking met de vlakke riem.

(e) Hij kan in elke positie en elke richting worden gebruikt; zelfs de as kan schuin staan.

(f) De installatie van V-riemen is eenvoudig.

(g) De vervanging van V-snaar is gemakkelijk.

(h) Een V-snaar aandrijving is zeer effectief en neemt minder ruimte in.

Beperkingen van V-riem:

(a) De levensduur van een V-riem is kort door slijtage.

(b) Hij is niet zo duurzaam.

(c) De fabricage van een V-snaar is ingewikkeld en vereist een speciale techniek.

(d) Als de V-riem beschadigd raakt, is vervanging het enige alternatief, wat de kosten doet stijgen.

(e) V-snaren kunnen worden gebruikt binnen het snelheidsbereik van 5-50 m/s.

(f) In geval van vervanging van riemen, indien één riem beschadigd wordt, moeten alle riemen van dezelfde set worden vervangen.