2011-05-17

1

Podstawy Konstrukcji Maszyn

PRZEKŁADNIE PASOWE

2011-05-17

2

Przekładnie pasowe

Przekładnie pasowe służą do przenoszenia mocy za pośrednictwem cięgien wpostaci pasów. Przekładnia pasowa cierna składa się z dwóch lub więcej kół ogładkich powierzchniach, opasanych sprężystym cięgnem w postaci jednego lubszeregu równoległych pasów. Pomiędzy napiętym pasem a kołami pasowymiistnieje docisk, pozwalający na przeniesienie przez tarcie siły obwodowej.

Najbardziej rozpowszechnione są przekładnie z pasami klinowymi . Przekładnie z pasem o przekroju okrągłym są stosowane do przenoszenia bardzo małych mocy.

2011-05-17

3

Przekładnie pasowe mają wiele zalet. Do najważniejszych z nich zalicza się:

• płynność ruchu,

• cichobieżność,

• zdolność do łagodzenia zmian obciążenia,

• tłumienie drgań, prostą i tanią konstrukcję,

• pracę bez smarowania,

• możliwość przenoszenia ruchu, gdy wały nie są równoległe,

• małą wrażliwość na błędy rozstawienia osi wałów,

• możliwość uzyskania zmiennych przełożeń przez zastosowaniekół schodkowych

Wady przekładni pasowych

• stosunkowo duże wymiary,

• duża siła na łożyskach wałów,

• niestałość przełożenia z powodu poślizgów,

• mała odporność na podwyższoną temperaturę i na chemiczneoddziaływanie ośrodka, a zwłaszcza słabą odporność na działanie smarówi zanieczyszczeń,

• mniejsza sprawność w porównaniu z przekładniami łańcuchowymii zębatymi.

2011-05-17

4

Przenoszenie mocy przy pomocy przekładni pasowej.

Najczęściej przekładnia pasowa składa się z koła czynnego ibiernego połączonych cięgnem w postaci pasa, którego odcinkiswobodne nazywa się cięgnem czynnym i cięgnem biernym. Jeżelinapięcia w nich istniejące oznaczymy odpowiednio symbolami Sb iSc w N oraz ich prędkość liniową u w m/s, to moc N przenoszona zczynnego koła na bierne, po pominięciu nieuniknionych strat,wynosi.

( )vSSN bc −= ][][ Ws

mN =⋅

Siła w pasieNapędy pasowe odznaczają się znaczną podatnością ze względu na wydłużanie siępasa i możliwość ślizgania na kole (pasy płaskie).

Wydłużalność sprężysta cięgien ciernych w napędach powoduje,że cięgno czynne(robocze) jest bardziej wydłużone niż cięgno bierne. Bardziej rozciągnięte czynnecięgno o napięciu Sc przesuwa się z większą prędkością niż cięgno bierne onapięciu Sb. Wynika to z zasady zachowania masy, polegającej na tym,że przezdowolnie wybrane nieruchome przekroje przesuwają się w jednostce czasujednakowe masy pasa, oraz z tego,że masa odniesiona do jednostki długości pasarozciągniętego jest mniejsza od masy odniesionej do jednostki długości pasanierozciągniętego.

2011-05-17

5

Obecnie przekładnie z pasami płaskimi stosuje się bardzo rzadko. Spotyka się je wmaszynach rolniczych, gdy odległości pomiędzy osiami kół są znaczne.

Gdy osie kół pasowych są rozstawione w znacznych odległościach, zaleca się, abycięgno robocze znajdowało się na dole. Wtedy po wyciągnięciu się pasa kątopasania kół zwiększa się na skutek grawitacyjnego zwisania nieroboczej (nie-napiętej) górnej części pasa.

Przekładnie z pionowo biegnącym pasem są wrażliwe na wyciąganie się pasa iwymagają ciągłej regulacji jego napięcia. Płaszczyzna przechodząca przez osie kółmoże być nachylona w stosunku do poziomu o kąt nie większy niż 60°.

W napędach pasowych stosuje się rolki w postaci kół nie przenoszących mocy.Rozróżnia się rolki napinające (naprężające) oraz rolki kierujące. Rolki napinającesłużą do ciągłej lub okresowej regulacji napięcia pasa. Rolki kierujące służą doskierowania pasa w określonym kierunku, np. w celu ominięcia przeszkody.

Do ciągłej regulacji napięcia pasa najczęściej służą rolki osadzone na dźwigni i dociskane do cięgna siłą sprężyny lub siłą ciężkości umieszczonej tam masy.

2.1. Przekładnie z pasami płaskimi

Zabytkowy warsztat z obrabiarkami napędzanymi pasami płaskimi z wału transmisyjnego

2011-05-17

6

Zabytkowe maszyny napędzane pasami płaskimi

2011-05-17

7

2.2. Przekładnie z pasami klinowymi

Powszechnie stosowanym typem przekładni pasowej jest przekładnia zpasem klinowym.

Bezpośrednie łączenie maszyn z silnikiem elektrycznym nie zawsze jestcelowe lub możliwe. Zwykle przekładnię pasową stosuje się na początku układukinematycznego maszyny. Pas pozwala nie tylko na uzyskaniewymaganegoprzełożenia między silnikiem a wałem napędzanym, ale dobrze spełnia funkcjęsprzęgła sprężystego. Przekładnie z pasem klinowym stosuje się, gdy odległośćmiędzy osiami kół jest niewielka.

Odległość a między osiami kół powinna zawierać się w następujących granicach :

( ) ][2

][502

21max

21min

mmdda

mmdd

a

+=

++= Gdzie d1 i d2 to średnice kół pasowych

Zaletą przekładni z pasami klinowymi jest możliwość uzyskania znacznychprzełożeń, nawet do 1:15.

Zalecana prędkości pasa waha się w zakresie od 4 do 25 m/s.

W celu zwiększenia mocy przenoszonej przez przekładnię, najczęściej stosuje siękilka pasów równoległych.

2011-05-17

8

2011-05-17

9

Pasy są osadzone w trapezowych rowkach (rysunek). Nie mogą wystawać nazewnątrz koła ze względu na strzępienie. Siły tarcia występują na powierzchniachbocznych pasów. Dlatego pasy nie mogą dotykać do dna rowków koła!

Pas klinowy w porównaniu z płaskim ma kilkakrotnie większe sprzężenie z kołem,ponieważ powierzchnie robocze są zbieżne, co powoduje,że pozorny współczynniktarcia wynosi:

[ ]αµµ

sin2'=

α - kąt rozwarcia rowka

2011-05-17

10

Pasy klinowe mają warstwę nośną utworzoną z włókien o dużejwytrzymałości na rozciąganie i znacznie grubszą wewnętrzną warstwę zkauczuku. Całość jest owinięta zawulkanizowaną tkaniną płócienną. Takzbudowane pasy mają małą rozciągliwość, dużą przyczepność, giętkość iwytrzymałość zmęczeniową. W celu polepszenia tych cech używa się na elementynośne pasów linek poliamidowych, a nawet linek stalowych.

Kąt zarysu przekroju pasa w stanie wolnym wynosiα == 40°. Po zgięciuna kole kąt rozwarciaα zmniejsza się. Jest tym mniejszy, im mniejsza jestśrednicakoła. Przy zginaniu część pasa poniżej warstwy obojętnej pęcznieje, a powyżej tejwarstwy zmniejsza swoją szerokość. W zależności od średnicy koła i wysokościprzekroju pasa wykonuje się rowki z różnymi kątami rozwarciaα = 34°, 36° lub38°. Wyjątkowo stosuje się rowki o kącie α = 32°, gdy mały jest stosunekd/h.Stosuje się to wtedy, gdy konstruktorowi szczególnie zależy na zwartościprzekładni. Wówczas należy się liczyć ze zmniejszoną trwałością pasa.

Obliczeniowa średnica koła, zwana również średnicą nominalne lubskuteczną, odpowiada warstwie obojętnej pasa. Warstwa ta nie zmienia swojejdługości przy zginaniu pasa nawijanego na koła pasowe.

Średnice nominalne kół pasowych, a także wymiary kół rowkowych dopasów klinowych można znaleźć w normach, katalogach producentów itp..

Szerokość B wieńca koła rowkowego wynosi: ( ) fejB 21 +−=

gdzie: j – liczba rowków, e – podziałka, f – wymiar z katalogu

Naprężenie skuteczne pasa:k

jA

Suu ≤

⋅=σ

A – pole pow. Poprzecznej pasa, j – liczba pasów, k – dopuszczalne naprężenie pasa

Orientacyjne dopuszczalne naprężenie rozciągające odniesione do całej powierzchniprzekroju poprzecznego gumowych pasów klinowych, powszechnie stosowanych,wynosi około 9 MPa. W rzeczywistości naprężenia rozciągające przenoszą główniewłókna w warstwie nośnej pasa. W zależności od budowy warstwy nośnejprzyjmuje się do obliczeń konstrukcyjnych przekładni podawaną przezproducentów wartość charakteryzującą wytrzymałość pasa.

Liczbę j pasów potrzebną do przenoszenia określonej mocy N, w kW, w danychwarunkach pracy można wyznaczyć następująco:

αCCN

NCj

L

T

1

=gdzie: N - moc przenoszona przez przekładnię, N1 - moc przenoszona przez jeden pas klinowy (tabl.), Ct - współczynnik trwałości pasa (tabl.), Cl - współczynnik zależny od długości pasa Lp (tabl.),Ca - współczynnik zależny od kąta opasania

2011-05-17

11

3. Przekładnie z pasami zębatymi

2011-05-17

12

Przekładnie z pasem zębatym odznaczają się zdolnością do pracy przy dużychprędkościach (do 80 m/s i n = 10000 obr/min) oraz wysoką sprawnością. Stosuje sięduże przełożenia.

Pas zębaty ma niskie i grube zęby zazębiające się z odpowiednio uzębionymikołami. Uzyskane połączenie kształtowe zapewnia stałość przełożenia, gdy oba kołasą uzębione. W tym przypadku pas nie wymaga napięcia wstępnego i dlatego mniejobciąża wały i łożyska w porównaniu z pasem płaskim czy też klinowym. Przywiększych przełożeniach (u > 3,5) duże koło może być gładkie. Stosuje się równieżpasy uzębione po obu stronach, co pozwala na współpracę z wieloma kołamizębatymi w układach wymagających dwustronnego zazębienia.

Szczegółowe wymiary pasów zębatych ogólnie stosowanych w przekładniachpasowych zębatych w budowie maszyn i urządzeń mechanicznych podaje PN-83/M-85210, która Jest zgodna z międzynarodową normą ISO 5296:1978. Norma ta niedotyczy pasów zębatych stosowanych w samochodach oraz w drukarkach domaszyn matematycznych. Wymiary pasów zębatych stosowanych w samochodach,zwłaszcza do napędu rozrządu silników, podaje norma branżowa BN-84/1372-06ustanowiona przez Przemysłowy Instytut Motoryzacji.

2011-05-17

13

2011-05-17

14

Pasy zębate są wykonywane z gumy syntetycznej odpornej na działaniesubstancji chemicznych. Elementami nośnymi pasa są linki stalowe lub teżpoliamidowe wtopione w gumę. Pasy zębate odznaczają się małąrozciągliwością, dużą elastycznością, dużą wytrzymałością zmęczeniową orazdużą odpornością na zużycie.

2011-05-17

15

Uwagi ogólne

Gumowe pasy zębate stosowane w przekładniach ogólnego przeznaczenia niemają końców.

Współpracujące z nimi koła pasowe zębate mają obrzeża zapobiegające zsuwaniusię pasa w trakcie pracy. W przekładni składającej się z dwóch kół Jeżelirozstawienie ich osi nie jest zbyt duże, wystarczy, jeżeli jedno koło ma obrzeżaprowadzące pas. Szczegółowe wymiary wieńców kół pasowych zębatychstosowanych w przekładniach ogólnego przeznaczenia podano w PN-84/M-85211.Wymiary wieńców kół pasowych zęba-tych stosowanych w samochodach podanow normie branżowej BN-84/1372-07 ustanowionej przez Przemysłowy InstytutMotoryzacji.

Najmniejsza zalecana liczba zębów na kole pasowym zębatym powinna wynosićz1= 12-16, gdy podziałki są małe, oraz z1 == 18-20, gdy podziałki są duże.

W przekładniach pasowych zębatych stosuje się koła pasowe z zębamiewolwentowymi lub z zębami prostoliniowymi. Zalecane jest stosowanie zębówewolwentowych.

Podstawowe obliczenia

−=

>=

2cos2

)(

1

12

1

2

απ

zzpa

z

zi

b

Dla poniższego warunku można napisać wzór:

2011-05-17

16

Moc przenoszoną przez pas można określić na podstawie normy PN-84/M-85212. Podstawową moc Nq w kW, przenoszoną przez pas o podstawowej szerokości b0

z podziałką pb, oblicza się według wzoru: ( )

za k

vmvTN

1000

2

0

−=

gdzie: Ta - dopuszczalne robocze napięcie pasa o szerokości b0 w N (podane przez producenta), m - masa jednego metra pasa o szerokości b0 w kg/m, v - prędkość pasa w m/s

Dopuszczalną siłę obwodową Pdop, ze względu na naciski pomiędzy współpracującymi powierzchniami zębów pasa i koła, można obliczyć ze wzoru:

kCzbhP mtdop =gdzie: b - szerokość pasa, ht - wysokość zębów pasa, zm - liczba zazębionych zębów małego koła, którą również można określić ze wzoru, z1 - liczba zębów małego koła, a - kąt opasania na małym kole, k - dopuszczalny nacisk na powierzchnię styku zębów (przyjmuje się k = l MPa), C - współczynniki warunków pracy podane w tabeli (następny slajd).

2011-05-17

17

2011-05-17

18

2011-05-17

19

2011-05-17

20