Řemenové převody - ozubené řemeny.

Výpočet je určen pro geometrický návrh a pevnostní kontrolu řemenových převodů ozubenými řemeny. Program řeší následující úlohy. 

  1. Výběr výkonově vhodného typu řemene.

  2. Výběr optimální varianty převodu z hlediska výkonového, geometrického a hmotnostního.

  3. Možnost návrhu nestandardního převodu.

  4. Výpočet všech potřebných pevnostních a geometrických parametrů.

  5. Výpočet silových parametrů a osového zatížení.

  6. Podpora 2D a 3D CAD systémů.

Program spolupracuje s CAD systémy a obsahuje příslušné modely řemenic a řemenů. Výpočty používají postupy, algoritmy a údaje z ANSI, RMA (Rubber Manufacturers Association), ISO, DIN, BS a podkladů z katalogů firem ContiTech® a Gates Rubber Company®. Databáze řemenů obsahuje 20 nejpoužívanějších typů ozubených řemenů.
Seznam norem: Synchronous Belts ANSI/RMA IP-24, 1983; DIN 7721; DIN ISO 5296; ISO 5295; ISO 5294

Tip: Při volbě vhodného typu převodu vám může pomoci srovnávací dokument "Volba převodu".

Ovládání a syntaxe.

Informace o syntaxi a ovládání výpočtu naleznete v dokumentu "Ovládání, struktura a syntaxe výpočtů".

Informace o projektu.

Informace o účelu, použití a ovládání odstavce "Informace o projektu" naleznete v dokumentu  "Informace o projektu".

Postup výpočtu.

Typický výpočet / návrh převodu ozubeným řemenem se skládá z následujících kroků:

  1. Zadejte výkonové parametry převodu (přenášený výkon, otáčky). [1]
  2. Nastavte režim zatížení a provozní parametry (typ pohonu, délka provozu, účinnost..). [1]
  3. Vyberte vyhovující typ řemene [2.1] (výkonový graf, červený kříž je uvnitř pracovní oblasti řemene). [2]
  4. Zadejte požadovanou osovou vzdálenost [2.3] a stiskněte tlačítko pro "Automatický návrh" [2.4] 
  5. Pokud vám nevyhovuje navržené řešení, vyberte z tabulky [2.8] jiné, podle požadovaného kritéria (např. přesnost převodového poměru, hmotnost, osová vzdálenost, stupeň využití řemene).
  6. Zkontrolujte, popřípadě ručně změňte parametry převodu v odstavci [3].
  7. Zkontrolujte silové a rychlostní parametry. [4]
  8. Uložte sešit s navrženým řešením s novým jménem.

Způsob zatížení, pracovní parametry. [1]

V tomto odstavci nastavte jednotky výpočtu, zadejte výkonové parametry a nastavte režim zatížení převodu.

1.1 Jednotky výpočtu.

Ve výběrovém seznamu vyberte požadovanou soustavu jednotek výpočtu. Při přepnutí jednotek budou okamžitě přepočítány všechny hodnoty.

1.2 Přenášený výkon.

Zadejte příkon na hnacím kole. Podle nastavené účinnosti bude dopočítán výkon na hnaném kole.

1.3 Otáčky řemenice (požadované).

Zadejte otáčky hnacího a požadované otáčky hnaného kola. Je dopočítán požadovaný převodový poměr [1.5]. Na základě požadovaného převodového poměru je navržen počet zubů poháněné řemenice a zpětně dopočítán skutečný převodový poměr a skutečné otáčky hnaného kola.

1.4 Otáčky řemenice (skutečné).

Jsou dopočítány ze vstupních otáček a z počtu zubů řemenic.

1.5 Převodový poměr požadovaný / skutečný.

Požadovaný převodový poměr je počítán z požadovaných vstupních a výstupních otáček. Skutečný převodový poměr je počítán z počtu zubů obou řemenic.

1.6 Krouticí moment.

Je počítán ze skutečných otáček [1.4] a z přenášeného výkonu [1.2]

1.7 Typ hnacího stroje.

Vyberte takový typ hnacího stroje, který nejlépe odpovídá vaší úloze. 

  1. Elektrické motory s nízkým rozběhovým momentem (do 1.5 násobku jmenovitého), vodní a parní turbíny, víceválcové spalovací motory (8 a více).

  2. Elektrické motory se středním rozběhovým momentem (1.5 - 2.5 násobek jmenovitého), víceválcové spalovací motory (4 až 6 válců).

  3. Elektrické motory s vysokým rozběhovým momentem (více než 2.5 násobek jmenovitého), hydraulické pohony, spalovací motory (méně než 4 válce).

1.8 Typ poháněného stroje (zatížení).

Vyberte takový typ poháněného stroje, který nejlépe odpovídá vaší úloze. 

  1. Zobrazovací přístroje, dávkovací zařízení, přístrojová technika, měřící technika, lékařské vybavení, kancelářské projektory.

  2. Čistící zařízení, šicí stroje, kancelářské stroje, dřevoobráběcí zařízení (lehký provoz), pásovky, vrtačky.

  3. Míchačky tekutin, pásové dopravníky pro lehké výrobky, vrtačky, pračky, dřevoobráběcí stroje, kruhové pily.

  4. Míchače těstovitých hmot, odstředivé kompresory, dopravníky na rudu (uhlí, písek), transmisní hřídele, obráběcí stroje (brusky, obrážečky, frézky, vyvrtávačky), papírenské a tiskařské zařízení, pumpy, čerpadla (odstředivá, ozubená, rotační), textilní stroje.

  5. Cihlářské stroje, lopatkové a korečkové dopravníky, odstředivky, pračky, ventilátory, odstředivá dmychadla, generátory, dynama, navijáky, výtahy, stroje na zpracování gumy, mlýny, vytlačovací stroje.

  6. Odstředivky, šnekové dopravníky, hamry, drtiče na papír, textilní stroje.

  7. Dmychadla, výtlačný ventilátory, důlní ventilátory, jemné drtiče.

  8. Drtiče (čelisťové, kruhové), čerpadla, kompresory a pily s vratným pohybem, mlýny, důlní zařízení.

1.9 Denní zatížení převodu.

Zde nastavte počet hodin za den, po který bude řemenový převod v provozu.

1.10 Součinitel provozního zatížení.

Na základě parametrů 1.7, 1.8 a 1.9 je navržena hodnota "Součinitele provozního zatížení". Pokud je zaškrtávací pole zaškrtnuté, je navržená hodnota automaticky použita ve výpočtu.

1.11 Účinnost převodu.

Účinnost dosahovaná ozubeným řemenem se pohybuje okolo 97-98 %. Volba účinnosti má vliv pouze na výkon na hnaném kole.

Automatický návrh. [2]

V tomto odstavci vybíráte typ řemene. Pro vybraný řemen pak můžete spustit (doporučujeme) "Automatický návrh", který vybere optimální variantu řemenic, šířky řemene a délky řemene tak, aby řešení bylo co nejefektivnější. Manuální výpočet je možné provést v odstavci [3].

2.1 Výběr synchronního řemene.

Řemen vyberte z výběrového seznamu. Ve výkonovém grafu je modře zobrazena pracovní oblast vybraného řemene (otáčky / výkon). V grafu je červeně zobrazen "nitkový kříž", který udává aktuální požadavek (zadaný výkon a otáčky) na navrhovaný převod. Nitkový kříž by se měl nalézat v pracovní oblasti vybraného řemene. Základní typy ozubených řemenů, jejich použití naleznete níže.

2.2 Teoretická min. / max. osová vzdálenost.

Jedná se o teoretickou vzdálenost dosažitelnou za použití minimální/maximální délky řemene a odpovídajících řemenic. Skutečnou minimální / maximální a doporučenou osovou vzdálenost odpovídající zvoleným řemenicím naleznete na řádku [3.5].

2.3 Osová vzdálenost pro 'Automatický návrh'.

Zde zadejte osovou vzdálenost, kterou chcete dosáhnout.

Upozornění: Červené hodnoty signalizují osovou vzdálenost mimo rozsah hodnot [2.2].

2.4 Automatický návrh - stiskněte tlačítko.

Stisknutím tlačítka "Automatický návrh" zahájíte proces Automatického návrhu. Zobrazený ukazatel ukazuje postup řešení.

2.5 Třídit výsledky podle parametru:

Výsledky v tabulce řešení můžete kdykoliv přetřídit výběrem jiného kritéria vybraného z rozbalovacího seznamu.

2.6 Tabulka řešení.

Při "Automatickém návrhu" jsou procházeny všechny možné kombinace řemenic a řemenů a všechna řešení, která se přibližují požadovaným kritériím (převodový poměr, osová vzdálenost, pevnost), jsou zařazena do tabulky řešení. Řešení jsou setříděna podle kritéria zvoleného na řádku [2.5].
Po ukončení procesu "Automatického návrhu" je vybráno takové řešení, jehož součinitel využití řemene je nejblíže 1. Pokud vám nevyhovuje automaticky vybrané řešení, vyberte z tabulky (rozbalovací seznam) řešení takové, které lépe vyhovuje vašim požadavkům.

Tabulka řešení obsahuje následující hodnoty:

Symbol Popis
z1 Počet zubů hnací řemenice.
z2 Počet zubů hnané řemenice.
B Šířka řemene.
i Převodový poměr.
di [%] Procentuální odchylka dosaženého převodového poměru od požadovaného.
A Osová vzdálenost.
dA Odchylka dosažené osové vzdálenosti od požadované.
SF Součinitel využití řemene.
m Přibližná celková hmotnost (obě řemenice + řemen).

 

Tip: Při výběru řešení je vhodné sledovat parametr hmotnosti. Nižší hodnota povede ve většině případů i k nižší ceně.

Návrh a výpočet. [3.0]

V tomto odstavci je umístěn vlastní výpočet řemenového převodu. V odstavci můžete měnit libovolné vstupní parametry. Okamžitě po jakékoli změně jsou dopočítány výsledné hodnoty.

Poznámka: Výběr typu řemenu proveďte v odstavci [2.0].

3.1 Vybraná šířka synchronního řemene.

Rozbalovací seznam obsahuje dostupné šířky vybraného typu řemene. Vyberte požadovanou šířku.

3.2 Počet zubů řemenice (průměr řemenice) - výběr.

Rozbalovací seznam obsahuje dostupné průměry řemenic pro daný typ a vybranou šířku řemene. Výběrem nastavíte počet zubů (průměr) hnací řemenice na následujícím řádku[2.12].

3.3 Počet zubů řemenice.

Zadejte počet zubů hnací řemenice (pokud jste tak již neučinili z rozbalovacího seznamu na předchozím řádku). Počet zubů hnané řemenice je dopočítán na základě požadovaných otáček a je vybrána nejbližší vyhovující řemenice ze seznamu dostupných řemenic.

Tip: Pokud chcete použít nenormalizované počty zubů řemenic, vypněte přepínač na řádce [3.15].
Upozornění 1: Po manuální změně si zkontrolujte skutečný převodový poměr (otáčky). Požadovaný počet zubů hnané řemenice je omezen rozsahem normalizovaných (tabulkových) řemenic.
Upozornění 2: Červené hodnoty signalizují počet zubů řemenice menší / větší než možné min / max tabulkové hodnoty.

3.4 Výpočtový průměr řemenice.

Výpočtové průměry obou řemenic Dp jsou spočítány z rozteče a počtu zubů.

3.5 Doporučená osová vzdálenost / min-max.

V první buňce je uvedena doporučená osová vzdálenost pro dané řemenice, ve druhé je uveden rozsah od minimální po maximální doporučenou osovou vzdálenost.

3.6 Osová vzdálenost požadovaná / skutečná.

Zde zadejte požadovanou osovou vzdálenost řemenic. Okamžitě po zadání (změně) požadované osové vzdálenosti je dopočítána skutečná osová vzdálenost (z vybraných řemenic a nejvhodnější tabulkové délky řemene). Tento výpočet probíhá, pokud je zaškrtnuté zaškrtávací políčko na řádku [3.8].

Tip: Nechcete-li používat tabulkové délky řemenů, vypněte přepínač na řádku. [3.16]
Upozornění: Červené hodnoty signalizují osovou vzdálenost mimo doporučený rozsah. [3.5].

3.7 Počet zubů řemene (délka řemene) - výběr.

Rozbalovací seznam obsahuje počty zubů a dostupné délky řemene pro daný typ a vybranou šířku.  Výběrem nastavíte počet zubů (délku) řemene na následujícím řádku[2.17] a vypnete zaškrtávací políčko na řádku [3.8].

3.8 Počet zubů řemene / navržený.

V buňce napravo je navržen optimální počet zubů řemene. Návrh vychází z požadované osové vzdálenosti, vybraných řemenic a dostupných délek řemene. Jestliže je zaškrtnuté zaškrtávací políčko, je návrhová hodnota automaticky přenášena do buňky vlevo a tím i do výpočtu. Jestliže chcete zadat vlastní počet zubů řemene (odlišný od návrhového), odškrtněte zaškrtávací políčko a hodnotu zadejte do buňky vlevo.

Tip: Pokud nechcete používat tabulkové délky řemenů, vypněte přepínač na řádku. [3.16]

3.9 Délka řemene / rozteč.

Délka řemene je dopočítána z počtu zubů a rozteče.

3.10 Návrhový výkon.

Z požadovaného přenášeného výkonu a způsobu zatížení převodu je dopočítán "Návrhový výkon". Na tento výkon se dimenzuje ozubený řemen.

3.11 Výkon přenesený řemenem.

Jedná se o skutečný výkon, který vybraný řemen dokáže za daných podmínek přenést (konstrukční uspořádání - průměry řemenic, osová vzdálenost). Základní výkonové parametry řemene se získávají z výkonových rovnic řemene.

Upozornění: Výkonové rovnice aproximují tabulkové hodnoty výrobců. Přenášený výkon se proto může nepatrně lišit (v řádu procent) od tabulkových hodnot výrobců.

3.12 Přibližná celková hmotnost.

Přibližná hmotnost je součet odhadnutých hmotností obou řemenic a řemene. Jako výchozí materiál je uvažována litina. Přesto, že hmotnost samozřejmě nemůže přesně odpovídat konečné hmotnosti řemenic, jedná se o velmi dobrý optimalizační parametr, který je vhodné brát při návrhu v úvahu.

Hmotnost řemenic je počítána podle zjednodušeného obrázku vpravo.

3.13 Součinitel využití řemene

Je to podíl "Návrhového výkonu" a "Výkonu přeneseného řemenem". Optimální hodnota součinitele by měla být menší než 1 a co nejblíže 1. Pokud je součinitel větší než 1, může dojít ke snížení životnosti až k destrukci řemene. 

Upozornění: Červené hodnoty signalizují překročení dovolené hodnoty.

3.15 Použít normalizované řemenice

Přepínač říká výpočtu, mají-li být řemenice vybírány z rozsahu tabulkových (vyráběných) hodnot.

Upozornění: Při Automatickém návrhu jsou řemenice vždy vybírány z tabulky.

3.16 Použít normalizované délky řemene

Přepínač říká výpočtu, mají-li být řemeny vybírány z rozsahu tabulkových (vyráběných) hodnot.

Upozornění: Při Automatickém návrhu jsou řemeny vždy vybírány z tabulky.

Výsledky, koeficienty. [4]

V tomto odstavci naleznete koeficienty používané pro výpočet. Dále zde naleznete silové poměry působící na řemenici. Silové poměry jsou znázorněny na obrázku ve spodní části tohoto odstavce.

4.1 Koeficienty.

Tyto koeficienty vycházejí ze zatížení řemene, typu řemene a konstrukčního uspořádání převodu. Pro podrobnosti doporučujeme nahlédnout do odborné či firemní literatury.

4.9 Osová přestavitelnost.

Pokud navrhovaný řemenový převod neobsahuje napínací kladku, měla by být jedna z řemenic osově přestavitelná (pro nasazení a napnutí řemene). Uvedené hodnoty jsou informativní a jsou uvedeny pro kladku bez vodících přírub. Konkrétní hodnoty naleznete ve firemní dokumentaci.

Na řádku [4.10, 4.11] jsou uvedeny minimální hodnoty pro každou řemenici a to pro napnutí řemene (parametr x) a pro nasazení řemene (parametr y).

4.13 Rychlost řemene / max. pro daný typ.

Obvodová rychlost řemene je další důležitý parametr řemenového převodu. Uváděná maximální hodnota obvodové rychlosti je informativní a pokud obvodová rychlost vašeho návrhu dosahuje či překračuje těchto hodnot, doporučujeme konzultaci se specialisty výrobce.

Výpočet pracovních sil.

Pro výpočet sil působících v převodu jsou k dispozici tři postupy. První obecný - použijte pro standardní trapézové ozubení (MXL, XL, L, H, XH, XXH). Další dva postupy jsou podle firemní literatury příslušných výrobců.

4.14 Výpočet pracovních sil (obecně).

Obecný výpočet je založen na skutečnosti, že ve většině případů pracují ozubené řemeny nejlépe, pokud je síla v odlehčené části řemenu F2 rovna 10-50% velikosti tahové síly Fu (podíl krouticího momentu a rádiusu řemenice). Velikost této síly ovlivňuje řada parametrů a doporučená procentuální hodnota je uvedena na řádku [4.15]. Automatický přenos doporučené hodnoty do výpočtu je aktivován zaškrtnutím zaškrtávacího políčka.

Na základě zvolené síly F2 jsou potom dopočítány ostatní silové hodnoty. Význam viz obrázek.

4.20, 4.22, 4.26 Celková radiální síla na hřídel.

Tato síla je výslednicí sil působících na řemenici.  Její znalost je nutná pro dimenzování hřídelí, ložisek a dalších konstrukčních elementů řemenového převodu.

4.17, 4.23, 4.27 Předpětí.

Pro správnou funkci řemenového převodu je nutné "předpětí" řemene, které zabrání průhybu odlehčené části řemenu a zajistí správný záběr zubů řemenu na řemenici. Správná velikost předpětí je většinou zjišťována měřením průhybu t v místě působení síly F na řemen (viz obrázek). Měřící nástroje, postup měření a hodnoty jsou dostupné v manuálech výrobce řemenů.

Rozměry řemenice a řemene. [5]

V tomto odstavci jsou uvedeny základní rozměry zvoleného řemene a rozměry každé řemenice. Tyto rozměry jsou použity pro 2D výkresy a CAD modely.

Upozornění: Řemenice je většinou možné (a doporučované) nakupovat přímo od výrobce, který zpravidla poskytuje celou řadu typů. Proto berte uvedené rozměrové hodnoty jako orientační. Konkrétní přesné údaje získáte v katalozích výrobců.

Základní typy ozubených řemenů.

Historicky byla vyvinuta celá řada typů synchronních řemenů celou řadou výrobců. Proto zde uvádíme následující obecnou tabulku synchronních řemenů,  výkonových hranic a typů použití. Konkrétní parametry řemenů se mohou lišit v závislosti na výrobci.

Klasické trapézové ozubení. - A

Vývojově první typ synchronního řemene. Použití má ve starších či dědičných konstrukcích. Pro nové konstrukce s ním není možné dosáhnout dnešní technické úrovně, přesnosti, minimálních rozměrů a ceny.

Profil:

Rozměry: MXL, XL, L, H, XH, XXH (palcové) T2.5, T5, T10 (mm)

Výkony: do 150kW | 200HP; do 10 000 ot/min; do 40m/s | 8000ft/min

Oblý tvar zubu. - B

Zdokonalený typ synchronního řemene. Použitelný pro široký rozsah výkonů, otáček a rychlostí.

Profil:

Rozměry: (HTD) 3M, 5M, 8M, 14M, 20M

Výkony: do 1000kW | 1350HP; do 20 000 ot/min; do 80m/s | 16000ft/min

Speciální zaoblený tvar zubu. - C

Další vylepšení synchronních řemenů. Vykazují vyšší měrné přenášené výkony, vyšší přesnost, nižší hluk.

Profily:

Rozměry: (GT, GT2, STD) 2M, 3M, 5M, 8M, 14M

Výkony: do 600kW | 800HP; do 20 000 ot/min; do 80m/s | 16000ft/min

Odvozené a speciální typy.

Zřejmě nejdůležitější typy odvozené od nejrozšířenějších základních jsou: 

V katalozích výrobců je možné dále nalézt další speciální typy pro různé specifické účely.

Grafický výstup, CAD systémy.

Informace o možnostech 2D a 3D grafického výstupu a informace o spolupráci se 2D a 3D CAD systémy naleznete v dokumentu "Grafický výstup, CAD systémy".

Nastavení, změna jazyka.

Informace o nastavení parametrů výpočtu a nastavení jazyka naleznete v dokumentu "Nastavení výpočtů, změna jazyka".

Uživatelské úpravy výpočtu.

Všeobecné informace o tom, jak je možné měnit a rozšiřovat sešity výpočtu, jsou uvedeny v dokumentu "Úpravy sešitu (výpočtu)".

Dodatky - Tento výpočet:

Celá řada parametrů je závislá na konkrétním výrobci příslušného ozubeného řemenu. Proto je možné v tomto výpočtu uživatelsky měnit a nastavovat v podstatě libovolné parametry v databázi řemenů, používaných ve výpočtu.

Všechny parametry dostupných řemenů jsou uvedeny v listu "Tabulky", do kterého se přepnete poklepáním na záložku se jménem listu na dolním okraji sešitu. Výpočtové podklady jsou uložené v tabulce "Belt types", kde každý řádek odpovídá jednomu typu řemenu. Sloupce tabulky jsou pro jednoduchou orientaci opatřeny příslušným popisem.