De ultieme gids voor riemaandrijving: Maximale efficiëntie en prestaties

Wat is riemaandrijving?

Een riemaandrijving is een soort mechanische transmissie die beweging en kracht van de aandrijfas naar de aangedreven as overbrengt via een tussenliggende flexibele component - de transmissieriem. Het wordt vaak gebruikt in scenario's waar de twee assen relatief ver uit elkaar liggen.

Vergeleken met andere mechanische transmissies heeft riemaandrijving een eenvoudigere structuur en lagere kosten, waardoor het een veel toegepaste vorm van mechanische transmissie is.

1. Werkingsprincipe van riemaandrijving

De riemaandrijving bestaat meestal uit een aandrijfpoelie, een aangedreven poelie, een transmissieriem die strak over de twee poelies is gemonteerd en een machineframe, zoals te zien is in figuur 8-1.

1- Aandrijfschijf
2- Aangedreven poelie
3- Aandrijfriem

2. Soorten riemaandrijvingen

Riemaandrijvingen kunnen op basis van hun aandrijfprincipe worden ingedeeld in wrijvingsaandrijvingen en vermaasde aandrijvingen. In dit artikel worden voornamelijk kwesties besproken die verband houden met wrijvingsriemaandrijvingen.

2.1. Wrijvingsriemaandrijvingen brengen beweging en vermogen over door de wrijvingskracht die wordt opgewekt tussen de aandrijfriem, die strak op de riemschijf past, en het contactoppervlak van de riemschijf. Op basis van de doorsnedevorm van de aandrijfriem kunnen ze verder worden onderverdeeld in platte riemen, V-riemen, riemen met meerdere randen en ronde riemen.

2.1.1 De dwarsdoorsnede van een vlakke riem is rechthoekig en het binnenoppervlak dat in contact komt met de riemschijf is het werkvlak. De riem wordt voornamelijk gebruikt voor langeafstandstransmissie tussen twee parallelle assen die in dezelfde richting draaien.

2.1.2 De dwarsdoorsnede van een V-snaar is trapeziumvormig, waarbij de twee zijden die in contact komen met de poeliegroef dienen als werkvlakken. De poeliegroef is ook trapeziumvormig. Krachtanalyse op het wigvormige oppervlak laat zien dat bij gelijke spanning en wrijvingscoëfficiënt de wrijvingskracht die door de V-riem wordt gegenereerd groter is dan die van de vlakke riem.

Daarom heeft de V-snaar een sterkere overbrengingscapaciteit en een compactere structuur, waardoor hij veel wordt gebruikt in mechanische overbrengingen. Afhankelijk van hun relatieve breedte en hoogte kunnen V-riemen verder worden onderverdeeld in types zoals gewone V-riemen, smalle V-riemen, brede V-riemen, V-riemen voor auto's, V-riemen met tandwielen en V-riemen met een grote hoek. Momenteel worden de gewone V-snaren het meest gebruikt.

2.1.3 De multiriem, een hybride van de vlakke riem en meervoudige V-riemen, combineert de voordelen van beide en wordt vaak gebruikt in grote krachtoverbrengingssystemen waar een compacte structuur vereist is.

2.1.4 De dwarsdoorsnede van een ronde riem is cirkelvormig en wordt alleen gebruikt in transmissies met een lage snelheid en een laag vermogen, zoals naaimachines en instrumenten.

2.2 Riemoverbrenging brengt beweging en kracht over door de tanden van de riem te laten overgaan in die van de riemschijf. De synchrone riem aandrijving, zoals getoond in Figuur 8-3, is een typisch voorbeeld.

Naast de voordelen van wrijvingsriemtransmissie bieden synchrone riemen ook een hoge krachtoverbrenging, nauwkeurige overbrengingsverhoudingen en worden ze vaak gebruikt in situaties die een soepele transmissie en hoge precisie vereisen, zoals in bandrecorders, voedselmixers, CNC-bewerkingsmachines en textielmachines. De dwarsdoorsnede van een synchrone riem is rechthoekig, met een getand binnenoppervlak.

In tegenstelling tot de structuur van een riem in wrijvingsaandrijving, is de sterktelaag van een synchrone riem meestal samengesteld uit staalkabels, wat resulteert in minder vervorming onder belasting. De rand van de synchrone riemschijf is ook vervaardigd met een omgekrulde tandvorm die overeenkomt met het binnenoppervlak van de riem, geproduceerd met behulp van een generatieproces door omgekrulde tandwielen. snijwerktuigen. Daarom zijn de afmetingen van de tanden van de poelie afhankelijk van de grootte van het gebruikte snijgereedschap.

3. Kenmerken van riemtransmissie

De riem heeft een goede elasticiteit, waardoor hij trillingen kan opvangen en absorberen, wat zorgt voor een soepele transmissie met minimaal geluid. Tijdens overbelasting kan de slip tussen de riem en de poelie schade aan andere onderdelen voorkomen, wat fungeert als een vorm van veiligheidsbescherming. De structuur van de riemtransmissie is eenvoudig, gemakkelijk te produceren, te installeren en te onderhouden, met lage kosten.

Tijdens het gebruik kan de overbrengingsriem elastisch glijden, waardoor de overbrengingsverhouding niet strikt kan worden gehandhaafd. De omtrek van de riemtransmissie is groot, wat leidt tot een lagere transmissie-efficiëntie. Daarom wordt bij riemtransmissie meestal een vermogen ≤ 50 kW overgebracht, met bandsnelheden van 5-25 m/s en een transmissieverhouding van maximaal 5. De efficiëntie is ongeveer 0,92 - 0,97.

4. Elastisch schuiven en defecten in riemaandrijving

De aandrijfriem is een elastisch lichaam dat uitrekt onder spanning en de mate van deze elastische uitrekking varieert afhankelijk van de grootte van de spanning. Tijdens de werking is de spanning aan de strakke zijde (F1) groter dan de spanning aan de slappe zijde (F2), waardoor de elastische rek aan de strakke zijde groter is dan die aan de slappe zijde.

4.1 Elastische slip in riemaandrijving

Elastische slip is een uniek fenomeen dat inherent is aan riemaandrijving en onvermijdelijk is tijdens het werkproces van de aandrijfriem. Wanneer de strakke zijde van de aandrijfriem de aandrijfpoelie in punt A binnenkomt, is de bandsnelheid v gelijk aan de omtreksnelheid v1 van poelie 1. Maar als poelie 1 van punt A naar punt B draait, neemt de trekkracht van de aandrijfriem geleidelijk af van F1 naar F2 en wordt de elastische verlenging ook minder. Met andere woorden, de aandrijfriem wordt geleidelijk korter, waardoor een kleine achterwaartse relatieve slip langs het oppervlak van poelie 1 ontstaat, resulterend in een bandsnelheid v die lager is dan de omtreksnelheid v1 van poelie 1.

Ook tijdens het proces waarbij de aandrijfriem de aangedreven riemschijf 2 door wrijving van ingangspunt C naar uitgangspunt D laat draaien, neemt de trekkracht op de aandrijfriem geleidelijk toe van F2 naar F1 en neemt de elastische rek van de aandrijfriem ook toe. Dit betekent dat de aandrijfriem geleidelijk langer wordt. Op dit moment treedt er een kleine voorwaartse relatieve slip op aan de voorzijde van poelie 2, waardoor de snelheid v van de riem groter is dan de snelheid v2 van poelie 2. Het verschijnsel van het slippen van de riem op het oppervlak van de poelie als gevolg van de elastische vervorming van de aandrijfriem wordt elastische slip genoemd.

Elastische slip kan slijtage aan de aandrijfriem veroorzaken, waardoor de levensduur wordt verkort en de snelheid van de aangedreven poelie afneemt, wat van invloed is op de overbrengingsverhouding.

4.2 Storingsbronnen van riemaandrijving

De primaire storingen tijdens de werking van een riemaandrijving zijn: slippen van de riem op de poelie, slijtage van de riem en falen door vermoeidheid.

4.2.1 Uitglijden

Riemaandrijvingen werken op wrijving. Als de aanvankelijke spankracht F₀ constant is en de effectieve omtrekkracht F groter is dan de grenswrijvingskracht tussen de riem en het wieloppervlak, zal de riem duidelijk gaan glijden op het wieloppervlak, een fenomeen dat bekend staat als slip.

Wanneer de riem slip vertoont, blijft de aandrijfpoelie draaien, maar zowel de aangedreven poelie als de riem hebben een aanzienlijk snelheidsverlies of komen zelfs helemaal tot stilstand. Slippen is een schadelijk fenomeen omdat het storingen in de aandrijving veroorzaakt en de slijtage van de riem verergert. Tijdens normaal bedrijf moet slip worden vermeden.

Elastisch glijden en slippen zijn twee duidelijk verschillende concepten. Hun verschillen worden beschreven in Tabel 8-1.

Tabel 8-1 Verschillen tussen elastisch glijden en slippen

4.2.2 Falen door vermoeidheid van de riem

De spanning op de transmissieriem varieert tijdens de werking en vormt een wisselende spanning. Hoe hoger de rotatiesnelheid en hoe korter de riem, hoe vaker de riem per tijdseenheid om de poelie draait, wat leidt tot frequentere spanningswisselingen. Na verloop van tijd kan het herhaalde effect van de wisselende spanning ertoe leiden dat de riem delamineert en scheurt, wat uiteindelijk leidt tot vermoeidheidsfalen, wat resulteert in een defecte transmissie.

5. Spaninrichtingen voor riemaandrijvingen

Wanneer de transmissieriem op de poelie is geïnstalleerd, moet deze een bepaalde spanning hebben om de normale werking van de riemaandrijving te garanderen. Na verloop van tijd kan de plastische vervorming van de riem echter tot speling leiden, waardoor de oorspronkelijke spanning geleidelijk afneemt en de belastbaarheid van de riem vermindert.

Om de initiële spanning van de drijfriem te controleren en de operationele capaciteit van de riemaandrijving te garanderen, moet een geschikte spanner worden gebruikt. Verschillende veelgebruikte spaninrichtingen zijn afgebeeld in Figuur 8-11.

5.1 Periodiek spanapparaat

Bij horizontaal geplaatste of matig hellende riemaandrijvingen kan een spaninrichting zoals in Afbeelding 8-11(a) worden gebruikt. De positie van de motor, voorzien van een poelie, wordt aangepast met een schroef om de riemspanning te verhogen. centrum afstandwaardoor de riem op spanning wordt gebracht. De afstelmethode bestaat uit het monteren van de motor op een glijrail en tijdens het spannen van de riem wordt de motor met de stelschroef in de gewenste positie geduwd.

Bij verticale of bijna verticale riemaandrijvingen kan een spaninrichting zoals in Afbeelding 8-11(b) worden gebruikt. Door de positie van het schommelframe (midden van de motoras) aan te passen, wordt de middenafstand vergroot om op spanning te komen. De afstelmethode bestaat uit het afstellen van de moer op de schroef, waardoor de machinebasis rond de vaste steunas zwenkt om de initiële spanning af te stellen. Zodra de positie is aangepast, moet de moer worden vergrendeld.

5.2 Automatisch spanapparaat

Afbeelding 8-11(c) toont een automatisch spansysteem, waarbij de motor met een katrol op een zwevend schommelframe is gemonteerd. Door het gewicht van de motor en het schommelframe te gebruiken, schommelen de poelie en de motor rond de vaste steunas, waarbij de middenafstand automatisch wordt aangepast om de riem op spanning te brengen. Deze methode wordt vaak gebruikt voor riemaandrijvingen met een lage krachtoverbrenging en een bijna verticale opstelling.

Afbeelding 8-11(e) toont een spanwiel dat door een gewicht automatisch op de riem drukt en zo de riem op spanning brengt. Deze methode wordt vaak gebruikt in vlakke riemaandrijvingen met een grote overbrengingsverhouding en een kleine hartafstand, en heeft een aanzienlijke invloed op de levensduur van de riem.

5.3. Gebruik van de spaninrichting van de spanrol

Als de hartafstand van de riemaandrijving niet kan worden aangepast, kan een spanpoelie worden gebruikt om de riem te spannen, zoals getoond in Afbeelding 8-11(d). De spanpoelie wordt over het algemeen aan de binnenkant van de slappe zijde geïnstalleerd, zodat de riem in één richting kan buigen. Om te voorkomen dat de omwikkelhoek van de kleine poelie te veel afneemt, moet de spanpoelie zo dicht mogelijk bij de grote poelie worden geïnstalleerd.

6. Specifieke vereisten voor riemaandrijving

1. De lineaire snelheid van de V-riem mag niet hoger zijn dan 25 meter per seconde en de lineaire snelheid van de vlakke riem is over het algemeen 10-20 meter per seconde. In speciale gevallen kan de snelheid worden verlaagd. De lineaire snelheid van de riem kan worden berekend met de volgende formule:

V = πDn / 60 x 1000 (meter/seconde)

Waar

• V - lineaire bandsnelheid, (meter/seconde)
• D- Diameter riemschijf, (mm)
• n- Rotatiesnelheid riemschijf (omw/min)

2. Het aantal keren dat de kleine riemschijf per seconde, C, door de vlakke riem wordt gepasseerd, mag niet meer dan 3-5 keer zijn, en voor de V-riem niet meer dan 20 keer.

C = V / L (keer / seconde)

Waarbij L- Bandlengte (m)

3. De omwikkelhoek van de kleine V-riemschijf mag niet kleiner zijn dan 120° (150° voor de vlakke riem), anders moet het diameterverschil tussen de twee riemschijven worden verkleind, de hartafstand worden vergroot of een drukschijf worden geïnstalleerd.

4. De diameter van de kleine riemschijf mag niet te klein zijn om te voorkomen dat de riem te veel buigt, wat de levensduur verkort.

Voor vlakke riemaandrijvingen moet de diameter van de kleine riemschijf over het algemeen meer dan 25-30 keer de dikte van het doek zijn.

De minimale diameter van de kleine platte riemschijf, D_min, kan worden berekend met de formule:

D_min = C³√N / n1 (mm)

Waar

• C- Berekeningscoëfficiënt, C = 1150-1400
• N- Transmissievermogen (kW)
• n1- Rotatiesnelheid riemschijf (omw/min)

Voor V-riemaandrijvingen mag de diameter van de kleine V-riemschijf niet kleiner zijn dan de volgende waarden. Anders is de omwikkelhoek niet voldoende en kan de riem gaan slippen en beschadigen.

5. De hartafstand van vlakke riemschijven moet meer dan twee keer de som van de twee wieldiameters zijn; de hartafstand van V-riemschijven moet meer dan de helft van de som van de twee wieldiameters zijn, maar mag niet meer dan twee keer de som zijn.

6. De riemlengte L kan worden berekend met de volgende formule:

L=2A + π/2(D1+D2) + (D2-D1)²/4A [mm (open overbrenging)].

In de formule staat A voor de hartafstand tussen de twee riemschijven (mm) en D2 en D1 voor respectievelijk de diameter van de grote en kleine riemschijf (mm).

7. De initiële spanning van de riem moet worden aangespannen met een kracht van ongeveer 16-18 kg per vierkante centimeter van de dwarsdoorsnede van de riem.

7. Selectie van bandtype en aantal wortels

1. Voor vlakke riemtransmissie kan de dwarsdoorsnede van de riem worden berekend op basis van het vermogen dat wordt gebruikt voor de transmissie en de lineaire snelheid van de riem.

F=P/K (cm²)

In deze formule,

• F - de dwarsdoorsnede van de riem (cm²)
• P - de werkspanning van de riem (kg)
• P=102×N/V.
  • Hier is N het vermogen van de motor (kW) en V de lineaire snelheid van de riem (m/s).

K staat voor de werkelijke effectieve spanning, kg/cm². Voor rubberen banden kan K worden gekozen binnen een bereik van 10-25 kg/cm². Wanneer de lineaire snelheid hoog is, de impact van de belasting groot is, de startbelasting groot is, de continue werktijd lang is en de omwikkelingshoek klein is, kan een kleinere waarde worden gekozen; in andere gevallen kan een grotere waarde worden gekozen.

Op basis van de berekende dwarsdoorsnede kunnen de breedte en dikte van de riem worden bepaald. Als elke laag van de riem ongeveer 1,2 mm dik is, kan het aantal lagen in een vlakke riem bij benadering worden berekend.

2. Raadpleeg voor V-riemtransmissie de volgende tabel om het type V-riem te bepalen op basis van het uitgezonden vermogen.

Het vermogensbereik dat van toepassing is op verschillende typen V-snaren.

Het aantal V-snaren, Z, kan worden berekend met de volgende formule:

Z = N / (Z0 * C1 * C2) ^ 0,5

Waar:

• N is het uitgezonden vermogen (kW);
• Z0 is het vermogen dat wordt overgebracht door een enkele V-riem en kan worden bepaald aan de hand van onderstaande tabel;
• C1 is de omwikkelhoekcoëfficiënt, bepaald door de omwikkelhoek van de riem.

C2 - Arbeidsomstandighedencoëfficiënt; 0,6-0,7.

8. Afmetingen van V-riemschijfgroef.

De afmetingen van de groef van de V-riemschijf (zie afbeelding) staan in de onderstaande tabel.

Vermogen (in kW) overgebracht door één V-riem.

Maatschema van V-riemschijfgroeven

Bij het berekenen van de overbrengingsverhouding verwijst de diameter van de poelie naar de positie D in het diagram, niet naar de buitenrand van het wiel. Houd er bovendien rekening mee dat de riem een slip van 1% heeft.

Afmetingen van de groef van de v-snaarpoelie: