ikonka

Promocje

Dobór kół do pasów napędowych. Jak robić to dobrze?

Data utworzenia: 5 lutego 2021

Układy przenoszenia napędu są ważną częścią każdego urządzania mechanicznego, a od ich rodzaju zależy zarówno efektywność, jak i podstawowe parametry konstrukcji. Użyte rozwiązanie będzie także miało wpływ na wielkość urządzenia, jego masę, energochłonność, koszt wykonania i eksploatacji oraz generowane drgania, hałas i wzrost temperatury wynikający ze współpracy poszczególnych elementów.

Rodzaj układu determinuje też możliwy do uzyskania moment obrotowy i osiąganą prędkość obrotową. Wśród najpopularniejszych rozwiązań znajdują się klasyczne przekładnie mechaniczne wykorzystujące wałki i koła zębate, przekładnie cięgnowe, w których stosuje się łańcuchy współpracujące z uzębionymi kołami, jak również wykorzystujące przekładnie cierne, zarówno bezpośrednie, gdzie stykają się ze sobą powierzchnie koła napędowego i napędzanego, jak i pośrednie, które korzystają z różnego rodzaju pasów oraz kół pasowych, które je napędzają dzięki sprzężeniu ciernemu. Przyjrzyjmy się bliżej działaniu przekładni pasowych, sprawdźmy, jakie rodzaje kół pasowych są w nich wykorzystywane oraz zobaczmy, jakie są najważniejsze parametry pozwalające na dobór odpowiedniego koła pasowego.

Pasowe przekładnie napędowe i ich działanie

Przenoszenie napędu to funkcja, która musi być realizowana w większości maszyn i urządzeń, w których ruchome elementy napędzane znajdują się w pewnej odległości od źródła napędu. Wynika to najczęściej z rozmiarów stosowanych silników, które nie mogą znaleźć się bezpośrednio tuż przy konkretnej poruszanej części, ale także z faktu, że zazwyczaj elementów tego rodzaju jest znacznie więcej, a montaż dużej liczby silników oznaczałby wysokie koszty, powiększenie gabarytów oraz masy całej konstrukcji. Konieczność stosowania układów przenoszenia napędu wiąże się także z możliwością zmiany przełożeń, a zatem zmiany charakterystyki generowanego ruchu obrotowego. Pozwala to na zwiększanie lub zmniejszanie prędkości obrotowej kosztem wielkości uzyskiwanego momentu obrotowego, który może ulec redukcji lub multiplikacji.

W przypadku stosowania przekładni pasowej napęd jest przenoszony dzięki sprzężeniu ciernemu między powierzchnią koła napędowego, a powierzchnią używanego pasa oraz odbierany na tej samej zasadzie przez koło napędzane. Sprawne działanie przekładni pasowej jest możliwe za sprawą właściwego naciągu pasa, co pozwala na ograniczenie poślizgu i zapewnienie odpowiedniego poziomu tarcia, ważna więc będzie jego elastyczność umożliwiająca dobre opasanie koła, a jednocześnie wytrzymałość na rozciąganie, która zapobiegnie odkształcaniu się podczas pracy. Przekładnie pasowe mogą też wykorzystywać sprzężenie cierno-kształtowe – w takiej sytuacji napęd będzie przekazywany zarówno za sprawą nacisku mechanicznego powodowanego przez nacisk zębów koła zębatego na uzębienie pasa, jak i w pewnym zakresie na sprzężenie cierne między ich powierzchniami.

W zależności od potrzeb i dodatkowych warunków związanych z oczekiwaną charakterystyką działania do przekazywania napędu za pomocą pasów mogą być wykorzystywane przekładnie z pasami płaskimi, pasami klinowymi oraz pasami zębatymi. Różnią się one zakresem możliwej do przekazywania mocy, maksymalnymi prędkościami obrotowymi, a także ze względów konstrukcyjnych zakresami możliwych przełożeń. Największe moce i prędkości obrotowe mogą być przenoszone za pomocą pasów płaskich, a stosunkowo najmniejsze przy wykorzystaniu pasów klinowych. Pasy klinowe pozwalają jednak na osiąganie najszerszego zakresu przełożeń.

Użycie przekładni pasowych pozwala na znacznie ograniczenie hałasu i powstających podczas pracy urządzenia wibracji. Przekładnie pasowe dają możliwość uzyskiwania różnych przełożeń oraz zmiany płaszczyzny, w której jest przekazywany ruch obrotowy. Przy zastosowaniu pasów ruch może być przenoszony na znaczne odległości, a sama przekładnia jest bardzo lekka i prosta, co przekłada się na niskie koszty zakupu oraz eksploatacji, a także wiąże się z niewielką ilością energii traconej na poruszanie kół i pasów. Przy stosowaniu pasów klinowych i płaskich ważną możliwością jest zapobieganie przeciążeniom układu, dzięki możliwości wystąpienia poślizgu przy bardzo dużym obciążeniu. Dużym plusem jest łatwa możliwość zmiany kierunku pracy.

Rodzaje kół pasowych

Koła pasowe obok samych pasów są kluczowymi elementami każdej przekładni, ponieważ umożliwiają zmianę ruchu obrotowego na prostoliniowy ruch pasa, a następnie jego ponowne przekształcenie w ruch obrotowy. W każdej przekładni są stosowane przynajmniej dwa koła – czynne koło napędowe, które jest mechanicznie połączone z silnikiem oraz bierne koło napędzane, które z kolei może przenosić ruch obrotowy na konkretny element urządzenia. Powierzchnia kół pasowych musi być ukształtowana w taki sposób, by mogła dobrze współpracować z pasem i zapewniać możliwie dobre sprzężenie cierne, będące warunkiem efektywnego przekazywania ruchu obrotowego. W przypadku pasów płaskich powierzchnia robocza koła będzie gładka, a jej profil może być płaski, wypukły albo płasko-wypukły będąc połączeniem odcinków prostoliniowych na brzegach pasa oraz krzywej w centralnej części koła. Koła pasowe wypukłe oraz płasko-wypukłe są stosowane tam, gdzie ważne jest zachowanie odpowiedniej pozycji pasa, ponieważ zapobiegają one jego przesuwaniu się podczas pracy.

W przypadku pasów klinowych koło pasowe ma na swoim wieńcu wykonany rowek, o profilu w kształcie litery „V”. Jego ścianki są nachylone pod odpowiednim kątem w zależności od średnicy koła. Jest to konieczne, ponieważ pasy klinowe mają przekrój trapezu, w którym ramiona są ustawione pod kątem 40 stopni, a jednocześnie istotą działania przekładni z pasem klinowym jest kontakt wewnętrznych powierzchni rowka koła pasowego z płaszczyznami bocznymi pasa. Ze względu na to, że pas z konieczności jest wykonany z materiału elastycznego, tak aby pozwalał na uzyskanie dobrego opasania, przy jego zginaniu ścianki ulegają deformacji, a ich kąt ulega zmianie wraz ze zwiększaniem promienia ugięcia. Koła pasowe, w zależności od swej wielkości będą więc miały odpowiedni kąt – w przypadku dużych średnic większy, a przy niewielkich odpowiednio zmniejszony. Standardowe wartości kątów w kołach pasowych to 38, 36 albo 34 stopnie. W przypadku bardzo małych kół stosowane są koła z kątami 32 stopnie.

Trzeba pamiętać, że koła pasowe dla pasów klinowych mogą też występować w wersjach przystosowanych do pasów zespolonych. W takim przypadku na kole jest umieszczona odpowiednia ilość rowków o identycznych parametrach. Pasy i koła wieloklinowe są używane tam, gdzie konieczne jest przenoszenie większych momentów obrotowych, ponieważ kolejne elementy znacznie powiększają powierzchnię styku między pasami a kołem. Drugą ważną cechą przekładni z pasami klinowymi jest możliwość stosowania pasów o różnych profilach. Poza pasami i kołami przystosowanymi do standardowych szerokościach rowka istnieją również wersje szerokoprofilowe, w których stosunek wysokości pasa do tzw. szerokości podziałowej, mierzonej w miejscu umieszczenia kordu w mniej więcej 4/5 wysokości, wynosi od 0,3 do 0,5, natomiast proporcja między szerokością grzbietu a wysokością od 2 do 3. W pasach wąskoprofilowych stosunek wysokości i szerokości podziałowej to 0,9 lub 1,2. Pasy wąskoprofilowe są stosowane tam, gdzie potrzebne są koła pasowe o mniejszej średnicy.

W przypadku pasów zębatych koło pasowe musi mieć odpowiednie uzębienie, które pozwala na przekazywanie siły nacisku oraz częściowo także sprzężenia ciernego. Rodzaje uzębień to zwykle jedne z popularniejszych stosowanych profilów tradycyjnych, a zatem kształty AT, T, HTD dla podziałek metrycznych czy MXL, XL, L, H, XH albo XXH dla podziałek calowych. Istotna będzie także ilość zębów decydująca o przełożeniu. Konstrukcja koła zależy od zastosowanego rozwiązania – spotyka się zarówno koła z tarczami brzegowymi, które zmniejszają ryzyko ruchów bocznych pasa, tworząc swego rodzaju „rowek”, w którym się on porusza, jak i bez nich.

Podstawowe parametry kół pasowych

Podstawowe parametry kół pasowych obejmują przede wszystkim ich wymiary, które gwarantują utrzymanie charakterystyki pracy przekładni. Najważniejsze z tego punktu widzenia są średnice stosowanych kół, które decydują o stosunku przekazywanego momentu obrotowego do prędkości obrotowej, z jaką będzie napędzane koło bierne. Równie ważna, ze względu na montaż, będzie średnica wałka, na którym będzie osadzone koło. Z uwagi na wytrzymałość na obciążenie oraz trwałość znaczenie ma szerokość powierzchni roboczej. Dla kół mających współpracować z pasami płaskimi istotna będzie także geometria powierzchni, a więc jej profil.

W przypadku doboru kół do przekładni z pasami klinowymi poza kwestiami związanymi z samą wielkością koła istotna będzie geometria rowka, która musi odpowiadać charakterystyce używanych pasów. W przypadku kół znormalizowanych dobór wymaga znajomości typu profilu np. SPZ, SPA, SPB, SPC albo dokonania pomiaru średnicy podziałowej koła oraz sprawdzenia kąta zarysu rowka koła pasowego, a w razie potrzeby ustalenia szerokości wieńca, szerokości górnej, wysokości rowka ponad linię podziałową, głębokości rowka, a także wartości podziałki brzegowej.

Dobór odpowiedniego koła pasowego dla pasa uzębionego to poza kwestiami związanymi z najważniejszymi wymiarami oraz obecnością obrzeży i profilem koła przede wszystkim kwestia ustalenia kształtu, jak również ilości zębów. Dla konkretnych kształtów zębów (T, AT, HTD, STD) liczyć się będzie podziałka i jej rodzaj (metryczna lub calowa) oraz szerokość pasa, a także ilość zębów. W większości przypadków ważny będzie materiał, z jakiego wykonane są koła – w zależności od wymagań co do masy, wytrzymałości i odporności temperaturowej koła do pasów zębatych mogą być wytwarzane z różnych stopów aluminiowych, stali i żeliwa. W zależności od potrzeb koła mogą mieć gotowe otwory montażowe lub być przygotowane do rozwiercenia.

Dobór odpowiedniego koła pasowego często wymaga wsparcia ze strony firmy specjalizującej się w technice napędów pasowych, co pomoże w zachowaniu wymaganych parametrów pracy urządzenia. Warto pamiętać, że koła pasowe są elementami przeznaczonymi do długotrwałego użytkowania, powinny więc gwarantować wysoką jakość oraz dobrze współpracować z pasem, by wyeliminować ryzyko nadmiernego i przedwczesnego zużycia. Nie wolno też zapominać, że na działanie przekładni a w tym i kół pasowych duży wpływ ma właściwe łożyskowanie wałków oraz prawidłowy naciąg pasów, a w przypadku pasów klinowych i zębatych także zachowanie osiowości całego układu.