Transmisii cu curele și clasificarea lor | Transmisii de putere | Inginerie mecanică

Transmisia de putere prin curele este una dintre cele mai comune și universal utilizate metode de sistem de transmisie atunci când doi arbori sunt paraleli (până la 10 m) unul față de celălalt, așa cum se arată în Fig. 9.1. O transmisie prin curea constă din doi arbori paraleli, iar pe fiecare arbore este montat un scripete.

O curea fără sfârșit se deplasează pe suprafața scripetelui. Poate exista alunecare între ele și, prin urmare, nu poate fi numită ca fiind o transmisie pozitivă. Atunci când cureaua rulează pe scripete, există întotdeauna o frecare care acționează între suprafața scripetelui și suprafața curelei în direcția opusă mișcării. Cureaua transmite puterea doar prin frecare. Sistemul de acționare prin curea poate fi utilizat pentru distanțe mari între centrele arborelui. Pentru o transmisie eficientă, frecarea dintre suprafața scripetelui și suprafața curelei trebuie să fie cât mai mare posibil.

După cum se știe, în majoritatea sistemelor, frecarea nu este un fenomen de dorit și ar trebui să fie cât mai mică posibil.

1. Acționare cu curea plată:

Cureaua este o bandă subțire confecționată din piele, cauciuc sintetic, pânză sau fir încastrat în cauciuc sau balata. Aceste curele sunt realizate în secțiune transversală plată și dreptunghiulară. Curelele se fac fără sfârșit prin îmbinarea celor două capete ale curelei cu ace sau cusături, așa cum se arată în fig. 9.2.

Sistemul poate fi aplicabil pentru acționare individuală sau în grup. Acționarea individuală a curelei poate fi utilizată atunci când fiecare mașină va avea propriul motor electric. În cazul acționării în grup, un motor de mare capacitate antrenează un arbore superior numit arbore principal sau arbore viu, iar arborele principal antrenează un alt arbore numit contraarbore care antrenează un alt arbore al mașinii.

Puterea de rotație de la polița motoare la polița condusă este transmisă datorită frecării dintre suprafața curelei și suprafața poliței. Cureaua va avea două laturi, o latură va fi în tensiune numită latură de tensiune, în timp ce cealaltă latură va avea o tensiune mai mică numită latură de slăbire, așa cum se arată în Fig. 9.3.

Lata de tensiune (T1) și partea de slăbire (T2) a curelei depind de sensul de rotație al scripetelui de antrenare.

Avantajele și dezavantajele curelelor plate:

Vantaje:

i. Metodă simplă, aranjament utilizat universal, funcționarea este lină dacă banda este de dimensiuni corespunzătoare.

ii. Costuri reduse de întreținere și durată de viață lungă.

iii. Flexibilitatea este mai mare.

iv. Nivelul de șoc este mai mic.

v. Potrivit pentru doi arbori paraleli.

vi. Adecvat pentru distanțe mari între doi arbori de centru în centru.

Dezavantaje:

i. Cureaua fără capăt se realizează prin unirea celor două capete prin știfturi. Cureaua are tendința de a se deteriora în apropierea îmbinărilor, ceea ce îi reduce durata de viață. Acest lucru poate necesita înlocuirea periodică a curelei.

ii. Sistemul nu este potrivit pentru arborele pe distanțe scurte.

iii. Eficiența se constată că este mai mică din cauza alunecării și fluajului, dacă dimensiunea curelei nu este adecvată.

iv. Sistemul nu este o transmisie pozitivă.

Dispoziția curelelor plate poate fi de două tipuri:

(a) Acționarea cu curea plată deschisă și

(b) Acționarea curea plată încrucișată.

(a) Acționare cu curea plană deschisă:

Figura 9.3 prezintă un aranjament de transmisie cu curea plată deschisă. Există două scripete montate pe doi arbori paraleli. O curea plată rulează pe scripete în linie dreaptă. Cureaua continuă să ruleze în aceeași direcție. Acest aranjament este cel mai potrivit atunci când distanța de la centru la centru a celor doi arbori este mare și ambele părți ale curelei sunt paralele între ele. Polia A este scripete conducător, iar B este scripete condus, iar rotația atât a lui A, cât și a lui B este în sensul acelor de ceasornic. Partea inferioară a curelei este partea tensionată cu tensiune T1, iar partea superioară a curelei este partea slăbită cu tensiune T2, astfel încât T1 > T2.

(b) Aranjament de curele plate încrucișate:

Dispoziția unui aranjament de curea plană încrucișată este prezentată în Fig. 9.4. Se utilizează atunci când doi arbori sunt paraleli unul față de celălalt, dar trebuie să fie rotiți în sens opus. Arborele A al scripetelui conducător este rotit în sensul acelor de ceasornic, în timp ce arborele B al scripetelui condus este rotit în sens invers acelor de ceasornic. Distanța dintre centrele celor doi arbori este L.

În acest sistem de acționare, există un punct de joncțiune în care curelele se încrucișează și vor avea uzură din cauza efectului constant de frecare în timpul funcționării. Acest efect este continuu. Cu toate acestea, efectele de frecare pot fi evitate prin creșterea distanței dintre centre egale cu de 20 de ori lățimea curelei. Un astfel de sistem este considerat adecvat atunci când sistemul este exploatat la viteze mici.

Slipirea curelei:

În cazul în care rezistența de frecare între suprafața jantei scripetelui și suprafața curelei este mai mică, apare o diferență în mișcarea relativă între cele două suprafețe, care este cunoscută sub numele de alunecare a curelei. Alunecarea curelei poate fi calculată ca diferența dintre viteza liniară a suprafeței jantei scripetelui și a suprafeței curelei. Metoda obișnuită este de a fi măsurat ca procent.

Dezlipirea curelei este cauzată de următoarele motive:

(a) Derularea continuă a curelei, suprafața jantei scripetelui devine foarte netedă,

(d) Scăderea coeficientului de frecare între cele două suprafețe.

(c) Creșterea lungimii curelei datorită funcționării constante.

(d) Diferență mare de tensiune între partea întinsă (T1) și partea slăbită (T2).

Creșeală în acționarea curelei:

Creep este cauzat de prezența mișcării relative a unei curele sau a unui scripete. Se datorează lungimii crescute a curelei. În timpul funcționării, există o deplasare continuă a curelei sau a scripetelui și există o contracție și o întindere alternativă a curelei. Astfel, există o pierdere de putere. Din cauza fluajului curelei, se poate transfera mai puțină putere efectivă și, prin urmare, are loc o scădere a raportului de viteză.

Pulsia cu rotiță/pulsia de frână:

Un scripete mic care este plasat pe partea slăbită a curelei și mai aproape de scripete condus B se numește scripete jockey, așa cum se arată în figura 9.5. Polița C este polița jockey și se mai numește și poliță inactivă.

În continuare sunt prezentate avantajele și dezavantajele unui scripete inactiv:

(a) Crește tensiunea T2 în partea moale a curelei.

(b) Mărește unghiul de contact.

(c) Reduce alunecarea.

(d) Crește eficiența transmisiei de putere.

(e) Reduce durata de viață a curelei din cauza creșterii tensiunii laterale de slăbire prin amplasarea scripetelui jocheu.

Sistemul cu scripeți:

În cazul unui sistem de scripete în trepte, un singur scripete este realizat în trei trepte, așa cum se arată în Fig. 9.6(a). Acesta este realizat din fontă. Două astfel de scripeți sunt montați pe doi arbori paraleli, așa cum se arată în Fig. 9.6(b).

În Fig. 9.6(b), A este arborele conducător și B este arborele condus. Arborii sunt plasați paralel unul față de celălalt și sunt aliniați astfel încât cel mai mare scripete al lui A să cadă exact în fața celui mai mic scripete al scripetelui condus B. Diametrul tuturor treptelor lui A și B este reglat astfel încât să poată fi utilizată aceeași curea. Aranjamentul este util pentru a modifica raportul de viteză prin deplasarea curelei de la o treaptă la alta. Uneori, sistemul poate fi utilizat cu un scripete cu patru trepte în loc de un scripete cu trei trepte.

Dispoziție cu scripete conice:

În acest tip de aranjament al scripeților, există doi arbori montați cu tronsoane lungi de con, așa cum se arată în fig. 9.7(a), iar aceștia sunt menținuți paraleli unul față de celălalt, dar plasați în sens opus. Un aranjament complet de scripete conice a fost prezentat în Fig. 9.7(b).

În acest aranjament, A este arborele de antrenare și B este arborele condus. O curea plată trece pe suprafața tronconului de con într-o anumită poziție, conform raportului de viteză dorit. Între ele se află un schimbător de curea „C”. Cureaua poate fi deplasată pentru a varia raportul de viteză în mod corespunzător. Acest aranjament este foarte util și este utilizat în mod obișnuit la strungul de strunjire a lemnului.

Sistem de acționare cu curea compusă:

În aranjamentul de acționare cu curea compusă, un anumit arbore susține două sau mai multe scripeți. Un astfel de aranjament este prezentat în figurile 9.8(a) și 9.8(b).

După cum se arată în figurile 9.8(a) și 9.8(b), pentru combinația A-B, A este scripete conducător și B este scripete condus. Pentru combinația C-D, C este scripete de antrenare, iar D este scripete antrenat. Atunci când se dorește reducerea maximă a turației, ansamblul de transmisie cu curea compusă este considerat a fi cea mai importantă metodă. Acesta elimină cel mai mare scripete condus.

În această combinație, scripetele B și C sunt scripetele compuse, adică scripetele C este claviculat pe același arbore pe care se află scripetele B. D este un alt scripete. O curea trece pe A-B și o altă curea trece pe C-D. Viteza de rotație a scripetelui B (nb) și a scripetelui C (nc) este aceeași, adică nb = nc.

Viteza de rotație a scripetelui D (nd) poate fi calculată astfel:

unde na, nb, nc și da, db, dc sunt viteza și diametrul scripeților A, B și, respectiv, C; t este grosimea curelei.

Pulsia rapidă și liberă:

Într-un atelier bine organizat, mai multe mașini sunt acționate de un singur arbore motor principal (cunoscut sub numele de arbore de linie) și destul de des o mașină trebuie oprită sau pusă în funcțiune frecvent. Pentru a opri o mașină, arborele principal de antrenare trebuie oprit, ceea ce îngreunează activitatea celorlalte mașini. Totuși, această problemă poate fi eliminată prin introducerea tehnicii prezentate în figura 9.9.

Dispoziția facilitează funcționarea sau oprirea mașinii în funcție de nevoile noastre. Figura 9.9 arată că puterea este transmisă de la scripete motoare A la scripete rapide B prin intermediul unei curele de transmisie. Arborele scripetelui rapid este conectat cu mașina care trebuie oprită. Adiacent acestuia, există un scripete liber/liber care este liber pe arbore și se rotește liber.

Dacă cureaua este deplasată cu ajutorul schimbătorului de curea pe scripete liber, care se rotește liber, rotația scripetelui rapid se oprește, oprind astfel rotația arborelui mașinii. Cureaua continuă să ruleze, dar scripetele rapid devine liber și mașina se oprește rapid.

Simboluri și formule care trebuie utilizate pentru cureaua plată:

Cum se arată în Fig. 9.10, să presupunem că A și B sunt două scripeți.

Atunci,

da = Diametrul scripetelui conducător, m

db = Diametrul scripetelui condus, m

ra = Raza scripetelui conducător

rb = Raza scripetelui condus

na = Viteza scripetelui conducător, rpm

nb = Viteza scripetelui condus, rpm

m = Masa/lungimea curelei (kg/m)

θa = Unghiul de contact la scripete A

θb = Unghiul de contact la scripete B

L = Distanța mediană dintre scripetele conducător și condus

L0 = Lungimea curelei în transmisie cu curea deschisă

Lc = Lungimea curelei în transmisie cu curea încrucișatătransmisie

T1 = Tensiunea laterală strânsă

T2 = Tensiunea laterală slăbită

T = Tensiunea maximă a curelei = T1 + T2

T0 = Tensiunea inițială a curelei = (T1 + T2)/2

Tc = Tensiunea centrifugă = mv2

Tco = Tensiunea inițială luând în considerare tensiunea centrifugă

= (T1 + T2 + 2Tc )/2

T1 – T2= Tensiunea netă sau efectivă în curea

b = Lățimea curelei, m

t = Grosimea curelei

v = Viteza curelei (m/s)

ωa = Viteza unghiulară a scripetelui conducător = 2Πna

ωb = Viteza unghiulară a scripetelui condus = 2Πnb

P = Puterea transmisă (kW) = (T1 – T2)v/1000

2. Acționare cu curea trapezoidală:

Curelele trapezoidale sunt considerate foarte potrivite pentru sistemele de transmisie de mare putere. Secțiunea transversală a unei curele trapezoidale este realizată în formă trapezoidală, așa cum se arată în Fig. 9.11. Ea este turnată din cauciuc pur/ cauciuc sintetic cu material fibros, cum ar fi corzile portante din nailon care au obținut rezistență fibroasă. Curelele trapezoidale sunt structurate ca o buclă fără sfârșit cu o lungime limitată de către producători, în funcție de sistemul considerat.

În figura 9.12 este prezentată o curea trapezoidală montată strâns și rulată într-un scripete cu canelură în V pentru a transmite un cuplu mare. După cum se poate observa, două suprafețe ale curelei trapezoidale sunt în contact cu suprafața canelurii trapezoidale, îmbunătățind astfel forțele de frecare dintre curea și scripete. Eficacitatea transmisiei este mult îmbunătățită în acest sistem.

Datorită forțelor mari de frecare, uzura curelei trapezoidale crește, ceea ce determină o reducere a duratei de viață a curelei. Producătorii realizează curele trapezoidale în diferite dimensiuni, în funcție de necesități. Atunci când o curea trapezoidală este utilizată pentru transmisia de putere, scripetele este modificat prin prevederea unei caneluri de tip pană, astfel încât cureaua trapezoidală să poată rula în canelură.

Figura 9.13(a) prezintă un scripete cu curea trapezoidală care transmite puterea cu o singură curea trapezoidală, iar Fig. 9.13(b) prezintă transmiterea puterii cu trei curele trapezoidale. În cazul „transmisiei cu mai multe curele în V”, chiar dacă o curea cedează, celelalte curele pot transmite puteri.

O curea trapezoidală are următoarele caracteristici:

(a) Curelele trapezoidale sunt utilizate pentru transmiterea de puteri mari.

(b) Numărul de curele trapezoidale utilizate pe același scripete depinde de puterea care trebuie transmisă.

(c) O curea trapezoidală poate fi utilizată pentru distanțe mici între centre, în comparație cu o curea plată.

(d) Alunecarea este complet absentă în comparație cu cureaua plată.

(e) Poate fi utilizată în orice poziție și în orice direcție; chiar și axa arborelui poate fi înclinată.

(f) Instalarea curelei trapezoidale este ușoară.

(g) Înlocuirea curelei trapezoidale este ușoară.

(h) O transmisie cu curea trapezoidală este foarte eficientă și ocupă mai puțin spațiu.

Limitări ale curelei trapezoidale:

(a) Durata de viață a unei curele trapezoidale este scurtă din cauza uzurii.

(b) Nu este atât de durabilă.

(c) Fabricarea curelei trapezoidale este complicată și necesită o tehnică specială.

(d) În cazul în care cureaua trapezoidală se deteriorează, înlocuirea este singura alternativă care extinde costurile.

(e) Curelele trapezoidale pot fi utilizate în intervalul de viteză 5-50 m/s.

(f) În cazul înlocuirii curelelor, dacă o curea se deteriorează, este necesară înlocuirea tuturor curelelor din același set.