SZKOŁA ASPIRANTÓW PAŃSTWOWEJ STRAŻY POŻARNEJ

W POZNANIU

XI KURS KSZTAŁCENIA ZAOCZNEGO

II PLUTON

PRZEDMIOT: WYBRANE ZAGADNIENIA Z MECHANIKI

TEMAT: POŁĄCZENIA CIĘGNOWE I ŁAŃCUCHOWE.

OPRACOWAŁ:

ogn. Krzysztof NOWAK

st. plut. Norbert KORCZ

mł. ogn. Maria MIKOŁOWICZ

Cięgno, element konstrukcyjny (lina, drut, łańcuch, taśma, pas) przenoszący wzdłużne siły rozciągające, pracujący samodzielnie lub wspomagający inną konstrukcję.

Rodzaje cięgien:

1. Cięgno Bowdena

Stalowa linka lub drut w giętkim pancerzu, obustronnie mocowane w odpowiednich uchwytach. Cięgna Bowdena znalazły szerokie zastosowanie przede wszystkim w przemyśle motoryzacyjnym, np. linki gazu i sprzęgła w samochodach i motocyklach.

Drut, wyrób hutniczy, walcowany lub ciągniony na zimno, o małym, w stosunku do długości, przekroju poprzecznym, najczęściej okrągłym, rzadziej owalnym, prostokątnym, sześciokątnym itp.

Druty wytwarzane są ze stali węglowych lub stopowych (niekiedy dodatkowo cynkowane, cynowane, miedziowane, niklowane), z metali i stopów nieżelaznych (np. z aluminium, miedzi, mosiądzu), spotyka się również druty bimetalowe, w których rdzeń wykonany jest z innego niż pancerz metalu.

2.Cięgno napędowe

Cięgno służące do przenoszenia napędu z elementów czynnych na elementy bierne w przekładniach cięgnowych.

Przekładnia, mechanizm przenoszący ruch między dwoma członami - napędzającym i napędzanym, o ruchu obrotowym lub obrotowym i posuwisto-zwrotnym, zazwyczaj z jednoczesną zmianą prędkości oraz działających sił i momentów obrotowych.

Do najczęściej stosowanych przekładni zalicza się przekładnie zębate i przekładnie cięgnowe (pasowe, łańcuchowe).

Przekładnia pasowa

Przekładnia pasowa - to dwa lub więcej kół + podatne cięgno (pas).

Zalety przekładni pasowej:

zapewnienie płynności ruchu i cichobieżności (łagodzi przeciążenia);

zabezpiecza mechanizm napędu od nadmiernych przeciążeń (poślizg);

umożliwia znaczną dowolność rozstawu kół (15m. - przekładnie pasowe, 8m. - przekładnie łańcuchowe);

przenoszenie różnych mocy od minimalnych do 1500 kW - pasowe i 3500 kW - łańcuchowe;

przekładnie łańcuchowe do 15m/s, pasowe do 50m/s.

Wady przekładni:

- mała zwartość;

- wyciąganie i niszczenie pasa;

- duże naciski na wały i łożyska;

- niezbyt wysoka sprawność;

- elektryzacja pasa;

- niestałość przełożenia.

Rozróżniamy zależnie od cięgna przekładnie:

- pasowe (pas-płaski, klinowy, okrągły, zębaty);

- łańcuchowe (łańcych-płytkowy, zębaty).

Przenoszona moc i moment obrotowy za pomocą sił tarcia lub przez zazębianie się koła z cięgnem

1

Rys.1 Przekładnie cięgnowe: a) z pasem płaskim, klinowym lub okrągłym, b) łańcuchowe, c) rodzaje pasów i łańcuchów

Układy przekładni i warunki pracy:

- przekładnie otwarte (z przesuwną rolką kierującą, z rolkami kierującymi);

- półskrzyżowane (z rolką kierującą lub bez);

- przekładnie skrzyżowane (gdy następuje zmiana kierunku obrotu).

W przekładniach pasowych koła pasowe maja wieńce gładkie lekko wypukłe. Naciąg pasa stwarza docisk między pasem a kołami w wyniku czego powstają siły tarcia.

Rys.2 Rodzaje przekładni pasowych: a), b), c) otwarte, d), e) półskrzyżowane, f) skrzyżowane

Aby wywołać siły tarcia stosujemy tzw. wstępny naciąg pasa.

Rolki napinające - zwiększają naciąg pasa i kąt opasania.

Rolki kierujące - powodują uzyskanie odpowiedniego toru biegu pasa.

Regulacja napięcia pasa w sposób:

- ciągły;

- okresowy.

Rys.3

Rys.4

Rozróżniamy przekładnie zależnie od stosowania rolek:

- bezrolkowe;

- z rolką napinającą;

- z rolką napinającą na sprężynie osadzoną na nie obciążonym cięgnie;

- z jedną lub dwoma rolkami kierującymi.

Rys.5

Zmiana prędkości obrotowej:

- skokowo;

- w sposób ciągły.

Rys.6 Przekładnie pasowe o zmiennym przełożeniu: a), skokowo, b) w sposób ciągły

Pasy płaskie

Wymagania w stosunku do pasów:

- mocne sprzężenie pasa z kołem;

- wysoka sprawność przekładni;

- odpowiednia wytrzymałość i żywotność pasa..

Wybór materiałów pasa zależy od:

- warunków pracy;

- wymiarów pasa;

- średnicy kół;

- prędkości obrotowej;

- środowiska.

Łączenie pasów:

- zszywanie (trokiem lub dratwą) - czołowe lub na tzw. zakładkę gubioną;

- klejenie lub zszywanie z klejeniem;

- za pomocą elementow metalowych;

- spawanie lub zgrzewanie (dla taść metalowych).

Materiały na pasy płaskie:

- skóra (cena wyeliminowała je z użytkowania);

- guma (warstwa nośna + tkanina bawełniana + guma);

- balat lub naturalny kauczuk;

- bawełna;

- wełna;

- tworzywa sztuczne (poliamid + wtopione linki stalowe);

- stal ( 0,3÷1) - małe μ;

- tkaninowo-gumowe (kilka warstw + tkaniny).

Niektóre pasy tekstylne oraz pasy z tworzyw sztucznych są produkowane jako pasy bez końca o określonych długościach handlowych. Pozostałe maja końce łączone.

KOŁA PASOWE

Konstrukcja uwarunkowana jest średnicą kół.

d < 100 mm - koła pełne lub tarczowe z wybraniami, toczone lub kute.

Koła duże v > 25 m/s - koła spawane z ramionami z rur lub płaskowników.

v < 25 m/s - koła żeliwne - odlewy z pojedynczym lub podwójnym rzędem ramion.

Tworzywo koła w zależności od „v”_max:

dla kół żeliwnych v < 30 m/s;

dla kół staliwnych v < 45 m/s;

stal zwykła v < 60 m/s;

stopy lekkie v < 80 m/s;

stal stopowa lub duraluminium v < 100 m/s;

tekstolit v < 25 m/s;

drewno v < 15 m/s.

Średnice kół staramy się dobrać z szeregu średnic normalnych: 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 315, 400, 500, 560, .... , 4000 [mm] (mniejszego w górę, większego w dół).Wg tablicy 7.1 „Politechniki Białostockiej”.

Wypukłość koła pasowego przeciwdziała spadaniu pasa. W przekładniach wolno i średniobieżnych wypukłe jest zwykle jedynie większe koło przekładni. W przekładniach szybkobieżnych oba koła mają wieńce wypukłe. Koło wypukłe (rys.2.8a) Zastępowane jest niejednokrotnie kołem z obrzeżami stożkowymi (rys.2.8b). Kształt ten jest prostszy, stosowany szczególnie przy szerokich wieńcach. Zewnętrzna powierzchnia wieńca powinna mieć chropowatość mniejszą niż R_a = 2,5μm.

Koła żeliwne o średnicach D ≤ 280 mm wykonywane są jako tarczowe. Podstawowe wymiary kół żeliwnych (rys.2.9 , 2.10):

grubość brzegu wieńca s = 0,005D + 3 mm

średnica piasty d₁ = (1,8 ÷ 2)d

długość piasty L = (1,5 ÷ 2)d; dla B < 1,5d

L = B

grubość tarczy a = (0,25 ÷ 0,35)d - minimum 8 mm

zgrubienie wieńca e = s + 0,02 B

B≤300[mm] ramiona rozmieszczamy w jednym rzędzie, koła szersze w dwurzędach. Liczba ramion zależna od średnicy koła - do 500[mm] - 4 ramiona;

od 500 do 1600[mm] - 5 ramion;

od 500 do 600[mm] - koła spawane.

WYTRZYMAŁOŚĆ PASÓW

Naprężenia w pasie powstają w wyniku działania sił:

- rozciągających;

- zginających;

- bezwładności - pod wpływem siły odśrodkowej.

Rys.11 Rozkład naprężeń panujących w pasie.

Przekładnie pasowe z pasem klinowym

W/w przekładnie są otwarte i mogą pracować w każdym układzie.

Najprostsza - dwa koła rowkowe opasane pasem klinowym

W porównaniu do pasa płaskiego, pas klinowy ma większą przyczepność do koła, co pozwala zmniejszyć kąt opasania do 70°, a zatem:

- zwiększyć przełożenie;

- zmniejszyć rozstaw osi kół;

- przenosić napęd na jeden lub trzy wały, także pod pionowym ustawieniem wałów;

- zmniejszyć napięcie wstępne pasa (mniejsze naciski na wały i łożyska).

Wady:

- mniejsza żywotność pasa;

- mniejsza sprawność przekładni (większe naprężenia gnące);

- trudność łączenia pasa - stosujemy pas bez końca + urządzenie do napinania;

Najczęściej stosuje się przekładnie pasowe z kół wielorowkowych i z odpowiedniej liczby równoległych pasów. Mogą przenosić Mo na 1 do 3 wałów

Rys.12 Przekrój i budowa pasa klinowego

Pasy klinowe - zastosujemy dla małego rozstawu kół i dużych przełożeń. Są to pasy bez końca.

Pasy klinowe są znormalizowane (przekrój, długość). Rozróżniamy: Z, A, B, C, D, E i odpowiednie do nich szerokości rowków.

Pas klinowy - kąt rozwarcia - 40°. Rowek koła - kąt rozwarcia - 34°, 36°, 38°.

Wymiary rowków są tak ustalone aby pas nie wystawał poza średnicę zewnętrzną koła i nie opierał się o do rowka.

Rys.14 Pasy klasyczne i uzębione.

Wieńce kół dobieramy wg PN - 66/M - 85202. Piasta, tarcza, ramiona - wg konstruktora.

Powierzchnie robocze koła pasowego bardzo gładkie ∇ , koła powinny być lekkie i wyważone.

Regulacja napięcia pasa: - jal dla przekładni pasowej z pasem płaskim lub wykorzystując rozwiązania konstrukcyjne umożliwiające ustalenie dmax i dmin.

Przekładnie z pasami okrągłymi - są stosowane wyłącznie do przenoszenia bardzo małych mocy, a więc w przypadkach, gdy zależy nam przede wszystkim na otrzymaniu przekładni o lekkiej budowie i stosunkowo niewielkich wymiarach. Pasy okrągłe są wykonywane z nici bawełnianych, tworzyw sztucznych poliamidowych lub ze skóry; średnice pasów wynoszą 3 ÷ 10 mm .

Stosuje się koła z rowkiem półokrągłym o promieniu równym promieniowi pasa lub koła z rowkiem trapezowym o kącie rozwarcia 40°.

Rys. 16 Pas okrągły z poliuretanu.

Przekładnie z pasami zębatymi - stanowią specjalną odmianę przekładni pasowych, ponieważ pasy są powiązane kształtowo z kołami, co upodabnia je do przekładni łańcuchowych. Przekładnie te nie wymagają wstępnego napinania pasa i pozwalają na uzyskanie przełożeń do i = 30. Przy i > 3,5 duże koło może być gładkie.

Pasy zębate wykonuje się ze sztucznej gumy (np. neoprenowej) lub z poliuretanu, odznaczających się bardzo dobrymi własnościami sprężystymi i odpornością chemiczną. Warstwę nośną w tych pasach stanowią linki stalowe lub poliamidowe.

Przekładnie łańcuchowe

Przekładnie łańcuchowe - to dwa (lub więcej) koła łańcuchowe o specjalnym zarysie zębów, oraz opasający je łańcuch, złożony z ogniw łączonych przegubowo.

Wady przekładni łańcuchowych:

- nierównomierność biegu w przypadku zbyt małej liczby zębów w kole;

- duży koszt i dokładność wykonania łańcucha;

- konieczność smarowania łańcucha i regulacji zwisu;

- pewna nierównomierność ruchu, na skutek układania się łańcucha na wielokącie;

- hałas, nierównomierność przenoszenia momentu przy osiach wichrowatych;

- niezabezpieczenie innych mechanizmów napędu od przeciążeń.

Zalety przekładni łańcuchowych:

- stałość przełożenia;

- brak poślizgu;

- małe obciążenie łożysk;

- łatwy montaż i demontaż;

-duża trwałość i zwartość konstrukcji;

- przenoszenie dużej siły obwodowej;

- przenoszenie napędu na dwa lub więcej wały przy ich pionowym ustawieniu.

- duża sprawność η = 0,96 ÷ 0,98%.

ZASTOSOWANIE - trudność zastosowania przekładni zębatych lub pasowych, przy dużym a, dużej sile obwodowej i i = const.

Łańcuchy napędowe:

- nośne (dźwigowe);

-transportowe (podnośnikowe);

-napędowe.

Rys.18 Łańcuchy: a) sworzniowy, b) tulejkowy, c) rolkowy, d) zębaty

Do napędów ręcznych stosujemy łańcuchy ogniwowe o ogniwach krótkich, wg PN. Materiał to drut o średnicy 3 ÷ 6 mm, zgrzewany, kalibrowany.

Łańcuch płytkowy - podstawowa grupa łańcuchów napędowych. Ogniwa łańcucha składają się z cienkich płytek stalowych, połączonych przegubowo ze sworzniami (łańcuch Galla).

Łańcuch sworzniowy - składa się z płytek wewnętrznych, osadzonych luźno na czopach sworzni i płytek zewnętrznych, osadzonych na wcisk. Prędkość do 0,5 m/s (znikome zastosowanie).

Łańcuch tulejowy - na sworzeń jest osadzona obrotowo tulejka hartowana. Płytki wewnętrzne są osadzone na wcisk na tulejkę, a płytki zewnętrzne również wciskowo na sworzeń. Prędkość do 15 m/s.

Łańcuch rolkowy - składają się na przemian z ogniw zewnętrznych i wewnętrznych, o konstrukcji podobnej do łańcucha tulejkowego. Wprowadzono dodatkową rolkę obracającą się swobodnie względem tulejki osadzonej na sworzniu.

Łańcuch zębaty - ogniwa złożone są z cienkich płytek (1,5 ÷ 2mm) o specjalnym zarysie ułożonych na przemian parami i połączonych przegubowo. Płytki mają zęby, w których powierzchnie robocze tworzą kąt α = 60°. Jako zabezpieczenie od przesunięć bocznych służą płytki prowadzące umieszczone w środku łańcucha lub po bokach. Biorą one udział w przenoszeniu siły. Pożądana parzysta liczba ogniw.

Łączenie łańcuchów - za pomocą ogniw złącznych. Mają one dłuższy sworzeń z nakrętką, zatrzaskiem, zawleczką lub drutem. Nieparzysta liczba ogniw (niewskazane) - ogniwo złączne musi mieć płytki odpowiednio wygięte.

Przykład oznaczenia

ŁAŃCUCH 15M - 102 PS

Łańcuch napędowy tulejkowy o podziałce t = 15 mm, średnicy tulejki d₁ = 9 mm, rozstawie płytek wewnętrznych b₁ = 14 mm, składający się ze 102 ogniw wraz z ogniwem złącznym prostym, zabezpieczonym zatrzaskiem sprężynującym.

P - ogniwo złączne proste;

W - ogniwo wygięte;

S - zatrzask sprężynujący;

Z - zawleczka;

D - drut.

Zwiększyć trwałość łańcucha możemy poprzez chronienie go przed pyłem i zanieczyszczeniami (wg możliwości eksploatacyjnych).

Smarowanie - zależy od warunków pracy (bez osłon, z osłoną, w zamkniętej obudowie) i od v (prędkości obwodowej).

Przekładnie bez osłon i przy małym v - smarowanie okresowe.

Przekładnie w obudowie - smarowanie ciągłe (rozbryzgowe, natryskowe, zanurzeniowe).

Koła łańcuchowe - profil zęba koła łańcuchowego, oraz jego przekrój poprzeczny jest objęty normą. Ogólne zasady budowy kół, jak przy kołach zębatych i pasowych.

Rys.18 Przykłady konstrukcji kół

Kształt poprzeczny przekroju koła zależy od stosunku szerokości wieńca zębatego do średnicy piasty. Zbyt mała grubość wieńca w stosunku do średnicy piasty może wywołać drgania poprzeczne wieńca koła.

Wieniec koła i piasta - różne materiały.

Materiały - żeliwo szare, modyfikowane, stal: St5, St6, 40, 50, 40Cr, 40NiCr.

Przekładnie szybkobieżne - HRC > 45

Żeliwne v < 3 m/s

Rys.19

Regulacja zwisu łańcucha.

Rys.20 Regulacja zwisu łańcucha

Zgodnie z rys.20 osie kół należy umieszczać w płaszczyźnie poziomej lub pod kątem 60°. Część czynna cięgna na górze.

W/w przekładnie nie wymagają napięcia wstępnego. Prawidłowe napięcie wstępne łańcucha zapewnia zgodność teoretycznej (wg wymiarów przekładni) i rzeczywistej długości łańcucha (dobre układanie się łańcucha - zwis (1÷ 2%)a.

LITERATURA:

„Tolerancje i pasowania w budowie maszyn” - Jan Malinowski

„Maszynoznawstwo” - Karol Paderewski

„Części maszyn” - Andrzej Rutkowski

„Mechanika techniczna” - Władysław Siuta

13

Rys.10

Rys.9

1 - powierzchnia zewnętrzna;

2 - powierzchnia wewnętrzna;

3 - powierzchnia boczna;

4 - powierzchnia skuteczna;

5 - warstwa rozciągana;

6 - warstwa nośna;

7 - warstwa podatna;

8 - taśma płucienna.

Wymiary:

lo - (ho) - szerokość (wysokość);

lp - szerokość skuteczna.

Rys.13 Kształty i wymiary koła pasowego rowkowego: a) z jednym rowkiem, b) z kilkoma rowkami

Rys.15 Koła pasowe do pasów okrągłych

Rys.17 Przekładnie z pasem zębatym

---