2011-05-17

1

Podstawy Konstrukcji Maszyn

PRZEKŁADNIE PASOWE

2011-05-17

2

Przekładnie pasowe

Przekładnie pasowe służą do przenoszenia mocy za pośrednictwem cięgien w
postaci pasów. Przekładnia pasowa cierna składa się z dwóch lub więcej kół o
gładkich powierzchniach, opasanych sprężystym cięgnem w postaci jednego lub
szeregu równoległych pasów. Pomiędzy napiętym pasem a kołami pasowymi
istnieje 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

zastosowanie

kół schodkowych

Wady przekładni pasowych

• stosunkowo duże wymiary,

• duża siła na łożyskach wałów,

• niestałość przełożenia z powodu poślizgów,

• mała

odporność

na

podwyższoną

temperaturę

i

na

chemiczne

oddziaływanie ośrodka, a zwłaszcza słabą odporność na działanie smarów
i zanieczyszczeń,

• mniejsza

sprawność

w

porównaniu

z

przekładniami

łańcuchowymi

i zębatymi.

2011-05-17

4

Przenoszenie mocy przy pomocy przekładni pasowej.

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

(

)

v

S

S

N

b

c

−

=

]

[

]

[

W

s

m

N

=

⋅

Siła w pasie

Napędy pasowe odznaczają się znaczną podatnością ze względu na wydłużanie się
pasa 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 czynne
cięgno o napięciu S

c

przesuwa się z większą prędkością niż cięgno bierne o

napięciu S

b

. Wynika to z zasady zachowania masy, polegającej na tym, że przez

dowolnie wybrane nieruchome przekroje przesuwają się w jednostce czasu
jednakowe masy pasa, oraz z tego, że masa odniesiona do jednostki długości pasa
rozciągniętego jest mniejsza od masy odniesionej do jednostki długości pasa
nierozciągniętego.

2011-05-17

5

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

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

Przekładnie z pionowo biegnącym pasem są wrażliwe na wyciąganie się pasa i
wymagają ciągłej regulacji jego napięcia. Płaszczyzna przechodząca przez osie kół
może 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 napinające
służą do ciągłej lub okresowej regulacji napięcia pasa. Rolki kierujące służą do
skierowania 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 z

pasem klinowym.

Bezpośrednie łączenie maszyn z silnikiem elektrycznym nie zawsze jest

celowe lub możliwe. Zwykle przekładnię pasową stosuje się na początku układu
kinematycznego maszyny. Pas pozwala nie tylko na uzyskanie wymaganego
przełożenia między silnikiem a wałem napędzanym, ale dobrze spełnia funkcję
sprzęgła sprężystego. Przekładnie z pasem klinowym stosuje się, gdy odległość
między osiami kół jest niewielka.

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

(

)

]

[

2

]

[

50

2

2

1

max

2

1

min

mm

d

d

a

mm

d

d

a

+

=

+

+

=

Gdzie d

1

i d

2

to średnice kół pasowych

Zaletą przekładni z pasami klinowymi jest możliwość uzyskania znacznych
przełożeń, 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 się
kilka pasów równoległych.

2011-05-17

8

2011-05-17

9

Pasy są osadzone w trapezowych rowkach (rysunek). Nie mogą wystawać na
zewnątrz koła ze względu na strzępienie. Siły tarcia występują na powierzchniach
bocznych 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 współczynnik
tarcia wynosi:

[ ]

α

µ

µ

sin

2

'

=

α

- kąt rozwarcia rowka

2011-05-17

10

Pasy klinowe mają warstwę nośną utworzoną z włókien o dużej

wytrzymałości na rozciąganie i znacznie grubszą wewnętrzną warstwę z
kauczuku. Całość jest owinięta zawulkanizowaną tkaniną płócienną. Tak
zbudowane pasy mają małą rozciągliwość, dużą przyczepność, giętkość i
wytrzymałość zmęczeniową. W celu polepszenia tych cech używa się na elementy
nośne pasów linek poliamidowych, a nawet linek stalowych.

Kąt zarysu przekroju pasa w stanie wolnym wynosi α == 40°. Po zgięciu

na kole kąt rozwarcia α zmniejsza się. Jest tym mniejszy, im mniejsza jest średnica
koła. Przy zginaniu część pasa poniżej warstwy obojętnej pęcznieje, a powyżej tej
warstwy zmniejsza swoją szerokość. W zależności od średnicy koła i wysokości
przekroju pasa wykonuje się rowki z różnymi kątami rozwarcia α = 34°, 36° lub
38°. Wyjątkowo stosuje się rowki o kącie α = 32°, gdy mały jest stosunek d/h.
Stosuje się to wtedy, gdy konstruktorowi szczególnie zależy na zwartości
przekładni. Wówczas należy się liczyć ze zmniejszoną trwałością pasa.

Obliczeniowa średnica koła, zwana również średnicą nominalne lub

skuteczną, odpowiada warstwie obojętnej pasa. Warstwa ta nie zmienia swojej
długości przy zginaniu pasa nawijanego na koła pasowe.

Ś

rednice nominalne kół pasowych, a także wymiary kół rowkowych do

pasów klinowych można znaleźć w normach, katalogach producentów itp..

Szerokość B wieńca koła rowkowego wynosi:

(

)

f

e

j

B

2

1

+

−

=

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

Naprężenie skuteczne pasa:

k

j

A

S

u

u

≤

⋅

=

σ

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

Orientacyjne dopuszczalne naprężenie rozciągające odniesione do całej powierzchni
przekroju poprzecznego gumowych pasów klinowych, powszechnie stosowanych,
wynosi około 9 MPa. W rzeczywistości naprężenia rozciągające przenoszą głównie
włókna w warstwie nośnej pasa. W zależności od budowy warstwy nośnej
przyjmuje

się

do

obliczeń

konstrukcyjnych

przekładni

podawaną

przez

producentów wartość charakteryzującą wytrzymałość pasa.

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

α

C

C

N

NC

j

L

T

1

=

gdzie: N - moc przenoszona przez przekładnię, N

1

- moc przenoszona

przez jeden pas klinowy (tabl.), Ct - współczynnik trwałości pasa
(tabl.), C

l

- 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 dużych
prędkościach (do 80 m/s i n = 10000 obr/min) oraz wysoką sprawnością. Stosuje się
duże przełożenia.

Pas zębaty ma niskie i grube zęby zazębiające się z odpowiednio uzębionymi
kołami. Uzyskane połączenie kształtowe zapewnia stałość przełożenia, gdy oba koła
są uzębione. W tym przypadku pas nie wymaga napięcia wstępnego i dlatego mniej
obciąża wały i łożyska w porównaniu z pasem płaskim czy też klinowym. Przy
większych przełożeniach (u > 3,5) duże koło może być gładkie. Stosuje się również
pasy uzębione po obu stronach, co pozwala na współpracę z wieloma kołami
zębatymi w układach wymagających dwustronnego zazębienia.

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

2011-05-17

13

2011-05-17

14

Pasy zębate są wykonywane z gumy syntetycznej odpornej na działanie
substancji chemicznych. Elementami nośnymi pasa są linki stalowe lub też
poliamidowe

wtopione

w

gumę.

Pasy

zębate

odznaczają

się

małą

rozciągliwością, dużą elastycznością, dużą wytrzymałością zmęczeniową oraz
dużą odpornością na zużycie.

2011-05-17

15

Uwagi ogólne

Gumowe pasy zębate stosowane w przekładniach ogólnego przeznaczenia nie
mają końców.

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

Najmniejsza zalecana liczba zębów na kole pasowym zębatym powinna wynosić
z

1

= 12-16, gdy podziałki są małe, oraz z

1

== 18-20, gdy podziałki są duże.

W przekładniach pasowych zębatych stosuje się koła pasowe z zębami
ewolwentowymi lub z zębami prostoliniowymi. Zalecane jest stosowanie zębów
ewolwentowych.

Podstawowe obliczenia













−

=

>

=

2

cos

2

)

(

1

1

2

1

2

α

π

z

z

p

a

z

z

i

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 b

0

z podziałką p

b

, oblicza się według wzoru:

(

)

z

a

k

v

mv

T

N

1000

2

0

−

=

gdzie: T

a

- dopuszczalne robocze napięcie pasa o szerokości b

0

w N (podane przez

producenta), m - masa jednego metra pasa o szerokości b

0

w kg/m, v - prędkość

pasa w m/s

Dopuszczalną siłę obwodową P

dop

, ze względu na naciski pomiędzy

współpracującymi powierzchniami zębów pasa i koła, można obliczyć ze wzoru:

kC

z

bh

P

m

t

dop

=

gdzie: b - szerokość pasa, h

t

- wysokość zębów pasa, z

m

- liczba zazębionych zębów

małego koła, którą również można określić ze wzoru, z

1

- 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