Emenový pohon: Podrobné informace » RoboWiki

Páskování – jeden z nejstarších a nejjednodušších mechanických převodů, který využívá hnací řemeny a speciální kola – řemenice. Podle některých zdrojů byl řemenový pohon poprvé zdokumentován čínským filozofem, básníkem a politikem Yang Xiongem (53 př. n. l. – 18 n. l.) během říše Han v textu „Slovník místních výrazů“. Popsané zařízení používali tkalci při práci s hedvábím.

Mimochodem, slovo „pás“ je napsáno písmenem „e“, což je třeba zdůraznit. Ale v tisku, například v našem dalším titulku, mohou být tečky nad „е“ vynechány. Nejedná se o chybu, ale ujistěte se, že používáte správně přízvuk.

Na středověkých malbách můžete vidět mechanismus – kolovrat, ve kterém se využívá principu řemenového převodu k urychlení výroby příze. Řemenový pohon spolu s dalšími mechanismy zaznamenal velký rozvoj během anglické průmyslové revoluce (1780-1830), která začala vynálezem parního stroje v roce 1769. Malá řemeslná odvětví začala být nahrazována tovární prací s velkým počtem strojů.

Na obrázku níže jsou ukázky použití řemenových pohonů v moderních technických zařízeních – od spalovacího motoru automobilu až po 3D tiskárnu.

<strong>Zařízení řemenového pohonu</strong>

Hnací a hnaná kola jsou řemenice. Jsou spojeny hnacím řemenem. Hnací řemenice je ta, která otáčí motorem nebo jinou vnější silou, a hnaná řemenice je ta, která ji následuje. Aby se zabránilo odskočení řemenu, je často na ráfku řemenice vytvořena drážka nebo bočnice.

Aby pás neprokluzoval, musí být dobře napnutý. Každý, kdo jezdil na kole, dobře zná problém, že špatně napnutý řetěz má tendenci odlétávat z ozubeného kola, a když ho příliš utáhnete, jede se s ním špatně a snadno se přetrhne. Pro napnutí řemene nebo odstranění jeho vibrací lze použít napínací a přítlačné válečky.

Průměr hnací kladky budeme označovat anglickým písmenem d1, hnané kladky písmenem d2. To budeme potřebovat pro výpočty.

Pás je nejlevnější zařízení v tomto mechanismu. Díky tomu ale řemenový pohon zajišťuje hladký chod a sníženou hlučnost. Tento převod může absorbovat rázy a snížit zatížení motoru. Pokud se tedy kotouč na kotoučové pile při řezání dubového prkna náhle zasekne, elektromotor se nezastaví hned, ale se zpožděním díky pružnosti pásu a jeho prokluzu.

Zvažte následující diagram.

Hnací řemen – ten, který najíždí na hnací řemenici. Při provozu převodovky zažívá napětí.

Hnaná sekce řemenu – ten, který se uvolní z hnacího řemenu a najede na hnaný řemen. Při práci se stahuje a uvolňuje.

Kompenzuje se tlak a napětí obou větví. Jinak se pás přetrhne. Při pohybu z jedné větve na druhou se pás pružně stlačuje nebo natahuje. V těchto oblastech na kladce je elastický posuvný pás. V důsledku změn velikosti pružného prokluzu není převodový poměr řemenového pohonu konstantní a může se zvyšovat nebo snižovat v závislosti na zatížení. Při velmi velkém zatížení může řemen pružně klouzat po celé ploše kladky.

Je také důležité vědět o úhel opásání řemenice. Čím větší je obvodový úhel, tím větší je kontaktní plocha, tím větší užitečná třecí síla. Pokud je velký rozdíl v průměrech řemenic, může být tento úhel velmi malý. To může způsobit prokluzování pásu. Chcete-li zvětšit úhel opásání bez zvětšení středové vzdálenosti, můžete použít přítlačný válec (viz obrázek níže). V tomto případě nainstalujte válec na hnanou větev, která je uvolněná, jinak se hnací větev ještě více natáhne a opotřebení řemene se výrazně zvýší.

<strong>Otevřený, křížový a polokřížový převod</strong>

1. U otevřeného řemenového pohonu jsou řemenice umístěny ve stejné rovině navzájem rovnoběžné. Tento převod nemění směr otáčení hnané řemenice.
2. U příčného řemenového pohonu je hnací řemen stočen do osmičky. Velkou nevýhodou tohoto způsobu změny směru otáčení je velké opotřebení řemene v důsledku dodatečného tření. Tuto metodu lze použít při vytváření modelů z výukových stavebnic, ale v průmyslových zařízeních se používá jen zřídka.
3. U polokřížového řemenového pohonu je osa otáčení jedné z řemenic natočena pod určitým úhlem vzhledem k druhé ose (například 90 stupňů).

<strong>Přeběh a podřazování</strong>

Podívejme se na spodní obrázek. Zelená kladka se otáčí klikou silou F. Jedná se o hnací kladku. Modrá kladka se otáčí díky řemenu. Toto je hnaná řemenice. Na jeho hřídeli je zavěšeno břemeno s maximální možnou hmotností, kterou mechanismus dokáže zvednout.

1. V prvním případě je průměr hnací a hnané řemenice stejný. Výstupní rychlost a síla se nezmění.
2. Ve druhém případě je průměr hnací řemenice menší než hnané. Výstupní rychlost klesne. Tento převod se nazývá dolů. Zároveň se zvýší síla a mechanismus bude schopen zvednout náklad o větší hmotnosti než první.
3. Ve třetím případě je průměr hnací řemenice větší než hnané. Výstupní rychlost se zvýší. Tento převod se nazývá zvyšující se V tomto případě se síla sníží a mechanismus bude schopen zvednout náklad o menší hmotnosti než první a druhý.

Proč se to děje? Jakýkoli složitý mechanismus může být reprezentován jednoduchými mechanismy. V tomto případě rukojeť, kterou postava táhne, a poloměr k bodu na kruhu, který tlačí hnací řemen, tvoří páku. Podívejte se na následující obrázek.

Kratší rameno páky k zatížení (poloměr kladky) – větší síla, ale menší ujetá vzdálenost.

Čím delší je rameno páky k zátěži (poloměr kladky) – menší síla, ale větší ujetá dráha.

Tato schémata se snížením a zvýšením řemenového pohonu jasně demonstrují provoz zlaté pravidlo mechaniky – za zisk na síle musíte zaplatit stejnou ztrátou na vzdálenosti (schéma 1) nebo za zisk na vzdálenosti musíte zaplatit se stejnou ztrátou na síle (schéma 2).

Jak vypočítat převodový poměr pro řemenový pohon

Při vytváření řemenového pohonu musíme pochopit, kolik získáme nebo ztratíme na rychlosti a síle, abychom sestavili zařízení s požadovanými vlastnostmi.

Převodový poměr označený písmenem i. Ukazuje, kolikrát se výstupní rychlost otáčení snížila. Podle zlatého pravidla mechaniky se o stejnou hodnotu zvýší síla (točivý moment).

Vzorec pro výpočet převodového poměru lze odvodit z pákového pravidla. Převodový poměr pro řemenový pohon se vypočítá takto:

Stejně tak lze převodový poměr vypočítat pomocí poloměrových poměrů.

Velikost kladek zjistíte pomocí pravítka. Nejpřesnější metodou pro měření průměru je použití posuvného měřítka.

Převodový poměr je vhodné zapsat s dělícím znaménkem ve tvaru i = 1:1. Tento údaj ukazuje, že 1 otáčka na vstupu dá 1 otáčku na výstupu. Převodový poměr i = 5:1 ukazuje, že 5 otáček na vstupu dává 1 otáčku na výstupu, to znamená, že otáčky klesly 5krát (podřazení).

Pokud lze zlomek snížit, sníží se. Například i = 5: 25 = 1: 5 (overdrive).

Poměr

Převodový poměr lze zapsat jako číslo vydělením čitatele jmenovatelem. Například i = 5: 1 = 5 nebo i = 1: 4 = 0,25. V tomto případě mluvíme o převodovém poměru.

Zvažme různé možnosti převodových poměrů:

Převodový poměr vícestupňového řemenového pohonu

Pokud je převod vícestupňový (dvou-, třístupňový atd.), pak se celkový převodový poměr vypočítá jako součin jednotlivých převodových poměrů.

Tento vzorec platí pro následující obrázek:

Převodový poměr pro řemenice, pevně upevněna na společné ose, se nepočítá – jejich rychlost otáčení bude vždy stejná!

<strong>Typy hnacích řemenů</strong>

Existuje mnoho typů pásů, protože se používají v různých podmínkách. Někde je potřeba přenést hodně síly, aby se pás nezlomil a nenatáhl. Pás by neměl někde prokluzovat. Někde by se měl pás otáčet velmi, velmi rychle a časem se opotřebovávat jen málo. A někde je potřeba přenést rotaci na velkou vzdálenost a pod úhlem.

Velmi běžná klasifikace pásů je podle průřezu nebo tvaru. Hlavní typy: 1 – ploché řemeny, 2 – klínové řemeny, 3 – kruhové řemeny (cestující), 4 – vícežebrové řemeny (nebo poly-klínové řemeny), 5 – rozvodové řemeny.

U velkých průmyslových strojů jsou nejběžnějšími řemeny klínové řemeny a poly-klínové řemeny. Jsou poměrně silné v průřezu a mají zvýšenou adhezní plochu s kladkami díky boční ploše.

V malých elektronických zařízeních se častěji používají ploché řemeny a řemeny (pásy s kulatým průřezem).

Ploché řemeny byly široce používány v 19. a na počátku 20. století v továrnách k přenosu pohybu na více strojů z jedné hřídele linky. Byly a jsou široce používány v pilách, mlátičkách a elektrických generátorech.

CNC stroje (3D tiskárny, plotry, laserové stroje) využívají ozubené řemeny, takže udržují konstantní převodový poměr a neprokluzují.

<strong>Výhody a nevýhody</strong> řemenové pohony

Jako každé zařízení má řemenový pohon ve srovnání s jinými mechanismy své klady a zápory. Vyzdvihněme ty důležité.

• jednoduchost designu;
• nízké náklady:
• nízká hlučnost;
• plynulost práce;
• vyhlazení rázových přetížení v důsledku elasticity pásu;
• schopnost měnit směr otáčení v různých úhlech;
• schopnost přenášet rotaci na velkou vzdálenost.

• velké rozměry konstrukce;
• špatný výkon při vysokých rychlostech (vibrace);
• velké zatížení náprav (hřídele, ložiska);
• nekonzistentní převodový poměr při různém zatížení (v důsledku elastického klouzání);
• krátká životnost řemenu ve srovnání s ozubenými koly;
• házení hnacího řemene, když je jeho napnutí nízké;
• potřeba dalších prvků s velkou délkou pásu nebo malým úhlem opásání;
• Zvýšené opotřebení hnacího řemene nebo náprav při nesprávném napnutí.

<strong>Definice</strong>

• Hnací řemen — naběhne na hnací řemenici. Během provozu je převod natažen.

• Hnaná sekce řemenu – opouští hnací řemen a běží na hnaný řemen. Když převodovka funguje, uvolňuje se.

• Vzdálenost od středu ke středu – nejkratší vzdálenost mezi osami kladek.

• Napínací válec (Lenix, od něj. lenix, lenixrolle – napínací válec) – prvek řemenového nebo řetězového pohonu; kolo (řemenice, řetězové kolo, váleček) volně rotující na ose, které slouží k regulaci napnutí řemene nebo řetězu. Používá se například v traktorech k napínání pásů nebo v automobilovém motoru k napínání rozvodového řemene (mechanismus distribuce plynu).

• Passik (z polského pasek – popruh) – název kruhového hnacího řemenu, který se historicky dostal do našeho oběhu. Slovo „pass“ je polského původu. Jeho výskyt v ruském slovníku je spojen s 80. léty 20. století, kdy to byl název pro odpovídající prvek v importovaném polském magnetofonu. Pás je obvykle vyroben z pryže nebo jiných polymerních materiálů. Pasažéři byli využiti v zařízení magnetopáskového tažného mechanismu starého kazetového magnetofonu – dobře vyhlazovalo škubání od elektromotoru a chránilo před zkreslením zvuku. Passies jsou součástí stavebnice Lego WeDo nebo sady zdrojů Lego MINDSTORMS Education EV3. Obecně platí, že každý řemen je hnací řemen, ale ne každý hnací řemen je řemen.

• Řemen – pružný uzavřený prvek (řemen) pro přenos rotace mezi dvěma kladkami. Rotace se přenáší v důsledku třecí síly (hladký řemen) nebo záběrové síly (řemen se zuby). Může mít různé tvary: existují ploché řemeny, rozvodové řemeny, klínové řemeny.

• Páskování (angl. belt drive) – mechanismus určený k přenosu otáčivého pohybu pomocí tření nebo ozubení uzavřeného pružného spojení (řemenu) pomocí kol (kladek) uložených na vstupním a výstupním hřídeli.

• Zábalový úhel – úhel kontaktu řemene s řemenicí.

• Kladka – třecí (anglicky friction – friction) kolo s ráfkem nebo drážkou po obvodu. Přenáší nebo přijímá pohyb z hnacího řemenu. Na rozdíl od bloku, který má podobný tvar, kladka vždy přenáší sílu z nápravy na řemen, nebo přijímá sílu z řemene na osu. Blok se vždy volně otáčí na ose a zajišťuje změnu směru pohybu lana/lanka a také mění působící sílu.

<strong>otázky</strong>

1. Co můžete říci o řemenových pohonech z těchto dvou obrázků? Jaký je jejich rozdíl a z jakých prvků se skládají?

<strong>úkoly</strong>

1. Kluk Váňa měřil posuvným měřítkem hnací a hnané kladky. Průměr prvního byl 12 milimetrů, druhý – 32 milimetrů. Jaký je převodový poměr tohoto řemenového pohonu?

2. Úhlová rychlost otáčení hřídele motoru je 420 otáček za sekundu. Jakou úhlovou rychlost bude mít hnaná řemenice, je-li převodový poměr i = 12:1?

3. Sestavte jeden stupeň dolů řemenový pohon vyrobený z dílů Lego. Jako kladky můžete použít úzký nebo velký disk kola a žlutá pouzdra. Umístěte rukojeť na hnací nápravu a umístěte šipku na nápravu s hnanou kladkou pro počítání otáček.

Změřte průměry kladek pomocí pravítka nebo posuvného měřítka.

Vyplňte tabulku. Získanou hodnotu experimentálně zkontrolujte pomocí šipky.

4. Sestavte dvoustupňový dolů řemenový pohon s rukojetí a šipkou (příklad – v problému 3). Vypočítejte převodový poměr přes průměry. Získanou hodnotu experimentálně zkontrolujte.

<strong>Užitečné videa</strong>

1. E+M. Páskování. Lekce č. 3
2. GetAClass. Zlaté pravidlo mechaniky
3. Animace. Přímý a příčný řemenový pohon
4. Animace. Řemenový pohon – obsluha různých mechanismů pomocí řemenu