Řemenové převody - klínové řemeny.

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

  1. Výpočet pro 2 nebo 3 řemenice.

  2. Automatický návrh převodu s minimem vstupních požadavků.

  3. Návrh a výpočet geometrických parametrů (průměry řemenic, osové vzdálenosti, délka řemene, hmotnost převodu)

  4. Výpočet pevnostních parametrů (výkon přenášený řemenem, počet řemenů, účinnost....)

  5. Výpočet silových poměrů (předpětí, osové zatížení řemenic, ...)

  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 podkladů a norem ANSI, RMA (Rubber Manufacturers Association), ISO, DIN, BS a podkladů z katalogů firem CONTITECH ® a Gates Rubber Company ®.

Seznam norem: Narrow V-Belts ANSI/RMA IP-22; Classical V-Belts ANSI/RMA IP-20; Light Duty V-Belts ANSI/RMA IP-23; DIN 7753; DIN 2211; DIN 2215; ISO 4184

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".

Dodatky - Tento výpočet:

Výpočet obsahuje dva samostatné návrhy a to návrh řemenového převodu pro tři a pro dvě řemenice. Oba návrhy jsou podobné, proto budou popsány najednou s tím, že na rozdíly bude upozorněno v textu. Při použití odkazu na odstavce bude před lomítkem odkaz pro návrh 3 řemenic, za lomítkem 2 řemenic například [1/4].

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 klínovým řemenem se skládá z následujících kroků:

  1. Zadejte výkonové parametry převodu (přenášený výkon, otáčky). [1/4]

  2. Nastavte režim zatížení a provozní parametry (typ pohonu, délka provozu, účinnost..). [1/4]

  3. Spusťte "Automatický návrh" převodu. [1.10/5.10]

  4. Dolaďte "ručně" geometrické parametry převodu (osové vzdálenosti, průměry řemenic a délku řemene) na řádcích [2.3-2.7/6.3-6.6].

  5. Zkontrolujte silové podmínky převodu. [3/7]  

  6. Uložte sešit s navrženým řešením s novým jménem.

Při každé změně libovolného parametru dochází okamžitě k přepočítání celého převodu, což umožňuje rychlé zhodnocení celé řady variant a výběr optimálního řešení.

Tip1: Při Automatickém návrhu je vybírán automaticky také typ řemene což je vhodné pro začátečníky. Pokročilejším uživatelům doporučujeme ruční výběr vhodného typu řemene podle výkonových diagramů a použití Optimalizačního procesu [2.2/6.2].
Tip2: Při volbě vhodného typu převodu vám může pomoci srovnávací dokument "Volba převodu".

Způsob zatížení, pracovní parametry. [1/4]

V tomto odstavci zadáváte výkonové a provozní parametry řemenového převodu. Pro každý parametr jsou uvedeny jak doporučené  tak i min/max. rozsahy hodnot. Pokud hodláte navrhovat převod překračující doporučené rozsahy, doporučujeme konzultaci přímo s výrobcem (dodavatelem) řemenů (řemenic).

1.1 Přenášený výkon, výkon rozdělený na řemenice. /5.1

Běžně je možné přenášet výkon od několika desetin až po několik stovek  kW/HP. Optimální rozsah je v rozmezí 1-100kW / 1.4-140HP. Podrobnější informace naleznete ve výkonových grafech klínových řemenů v odstavci [2.1/5.1] nebo v katalozích výrobce.

V případě 3 řemenic je nutné kromě přenášeného výkonu na vstupu (řemenice 1) definovat ještě výkon odebíraný na třetí řemenici. Z těchto dvou hodnot je potom dopočítána i hodnota odebíraného výkonu na druhé řemenici.

Tip: Pokud navrhujete řemenový převod tří řemenic, z nichž jedna řemenice je napínací (nulový přenášený výkon), zvolte jako napínací kladku řemenici číslo tři a zadejte P3=0. (Napínací kladka se zpravidla umísťuje na odlehčenou část řemene.)

1.2 Otáčky řemenic. /5.2

Volbou otáček definujete převodový poměr, který je potom dále používán ve výpočtu. Řemenice číslo 1 je hnací. Mezní hodnoty maximálních otáček jsou definovány pro jednotlivé typy klínových řemenů (nižší výkon -> vyšší otáčky a naopak) a v extrémních případech by neměly překročit hodnotu 8000 ot/min. Běžné hodnoty jsou v rozsahu 400-3000 ot/min hnacího hřídele. Důležitější než otáčky je však hodnota obvodové rychlosti viz odstavec [3.10/7.10]. Podrobnější informace je možné nalézt  ve výkonových grafech klínových řemenů v odstavci [2.1] nebo v katalozích výrobce.

1.3 Převodový poměr. /5.3

Je dopočítán ze vstupních a požadovaných výstupních otáček. Hodnota převodového poměru by se v běžném případě měla pohybovat do maximální hodnoty i=8, v extrémních případech je možné dosahovat hodnot i=15.

1.4 Krouticí moment. /5.4

Hodnota krouticího momentu je dopočítána pro každou řemenici z výkonu a otáček.

1.5 Způsob zatížení od hnacího stroje. /5.5

Vyberte takový způsob zatížení, který nejlépe odpovídá vašemu zadání.

  1. Zatížení plynulé nebo s malou nerovnoměrností. 
    Příklady: Střídavé a stejnosměrné elektromotory s normálním rozběhem (až do dvojnásobného jmenovitého momentu motoru), např. synchronní a jednofázové motory se spouštěním pomocnou fází, stejnosměrné elektromotory se spouštěním při plném napětí, při spouštění hvězda-trojúhelník nebo s odporovým spouštěním: stejnosměrné motory s paralelním buzením, spalovací motory a turbíny s otáčkami nad 600 ot/min.
  2. Zatížení s vyšší nerovnoměrností.
    Příklady: Střídavé a stejnosměrné elektromotory s větším zátěžným momentem (nad dvojnásobný jmenovitý moment motoru), např. jednofázové motory s vysokým zátěžným momentem; stejnosměrné elektromotory se sériovým nebo smíšeným buzením; spalovací motory a turbíny s otáčkami do 600 ot/min.

1.6 Způsob zatížení od poháněného stroje. /5.6

Vyberte takový způsob zatížení, který nejlépe odpovídá vašemu zadání.

  1. Lehké rázy.
    Příklady: Soustruhy, vrtačky, brusky, lehké ventilátory; čerpadla a kompresory odstředivé a rotační, pásové dopravníky, fukary, separátory, lehké prohazovačky, stroje jmenovitého na čištění a nakládání obilí aj. Max. krátkodobé zatížení do 120% jmenovitého.
  2. Střední rázy.
    Příklady: Frézky, frézky na ozubení, revolverové vrtačky, polygrafické stroje; elektrické generátory; pístová čerpadla a kompresory se třemi a více válci; ventilátory a dmýchadla; řetězové dopravníky, elevátory, okružní pily na dřevo; transmise; dopřádací, papírenské, potravinářské stroje; těžké prohazovačky; otočné pece; rychloběžné brusky aj. Mírné výkyvy zatížení. Max. krátkodobé zatížení do 150 % jmenovitého.
  3. Těžké rázy.
    Příklady: Hoblovky, svislé obrážečky a dřevozpracující stroje; čerpadla a kompresory pístové s jedním nebo dvěma válci; ventilátory a dmýchadla těžkého typu, šroubové a hřeblové dopravníky; drtiče; šnekové lisy excentrické s relativně těžkým setrvačníkem; tkací stroje; stroje na čištění bavlny; stroje na lisování a briketování krmiv aj. Značné výkyvy zatížení Max. krátkodobé zatížení do 200 % jmenovitého.
  4. Velmi těžké rázy.
    Příklady: Zvedače, exkavátory, plovoucí rypadla; těžký lisy; nůžky; buchary, kolové mlýny, hnětací stroje na hlínu; kulové, kamenové (šrotovníky) a kladkové mlýny; drtiče, rámové pily aj. Nárazové a silně nerovnoměrné zatížení. Max. krátkodobé zatížení do 300 % jmenovitého.

1.7 Denní využití převodu. /5.7

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

1.8 Součinitel skluzu. /5.8

U pracujícího zatíženého řemenového převodu dochází k pružnému skluzu řemene v řemenové drážce. Tento skluz je závislý na zatížení převodu a s rostoucím zatížením roste. Skluz se vyjadřuje "Součinitelem skluzu" v % a jeho hodnota u klínových řemenů se pohybuje okolo 1%. Součinitel skluzu ovlivňuje převodový poměr. Vypočítaná (doporučená) teoretická hodnota je uvedena v zeleném poli. Při zaškrtnutí zaškrtávacího políčka je vypočítaná (doporučená) hodnota automaticky vyplněna a použita ve výpočtu.

1.9 Účinnost. /5.9

Především v důsledku tření dochází u řemenového převodu ke ztrátám přenášeného výkonu. Tyto ztráty jsou vyjádřeny účinností, která roste se zvyšujícím se zatížením a v případě běžně zatíženého převodu klínovým řemenem (dvě řemenice) se pohybuje mezi 95-97%. Při velkém rozdílu průměrů řemenic (malý úhel opásání, vysoké opotřebení) však může klesat až k 80%. Vypočítaná (doporučená) hodnota je uvedena v zeleném poli a zaškrtnutím políčka je vypočítaná (doporučená) hodnota automaticky použita ve výpočtu.

1.10 Automatický návrh. /5.10

Před spuštěním "Automatického návrhu" zadejte (zvolte) všechny parametry v tomto odstavci [1/4]. Při rozhodování využívejte nápovědu a doporučení uváděná u každého parametru. Automatický návrh vybere na základě přenášeného výkonu a otáček vhodný typ řemene a pro tento typ řemene spustí "Optimalizační proces". Je samozřejmé, že automaticky navržené řešení je možné a většinou i vhodné "doladit" ručně.

Návrh geometrie a počtu řemenů. [2/5]

V tomto odstavci navrhujete geometrii řemenového převodu. Je možné volit typ řemene, průměry řemenic, osové vzdálenosti a délky řemene.

Schematický zakótovaný obrázek

 

Obrázek aktuálních rozměrů. Hnací řemenice (včetně půdorysu) je zobrazena červeně , hnané řemenice zeleně)

2.1 Doporučený typ klínového řemene. /6.1

Doporučený typ řemene je vybírán na základě přenášeného výkonu a otáček. Dalším vodítkem pro výběr správného typu řemene mohou být výkonové diagramy, ve kterých jsou vymezeny oblasti vhodné pro použití určitého typu řemene. Diagram 1 a 2 je určen pro řemeny podle ISO (DIN, BS), diagramy 3 a 4 potom pro řemeny podle ANSI/RMA. Po výběru řemene je automaticky dosazen minimální doporučený průměr do nejmenší řemenice. Ostatní průměry řemenic jsou dopočítány tak, aby byly dosaženy požadované otáčky.

Výkonové charakteristiky klínových řemenů.

2.2 Typ klínového řemene / Optimalizace. /6.2

Ve výběrovém seznamu vyberte typ klínového řemene, který chcete použít (Automatický návrh provádí výběr sám). Po výběru typu řemene je automaticky vybrán nejmenší doporučený průměr řemenice a ten je použit. Další dva (jeden) průměry řemenic jsou dopočítány podle požadovaných otáček.

Optimalizace

Optimalizační proces [2.2/6.2] prochází pro vybraný typ řemene tabulkové průměry hnací řemenice, navrhne optimální osovou vzdálenost, dopočítá všechny ostatní parametry a snaží se nalézt takové řešení, které bude mít minimální celkovou hmotnost [2.12/6.12]. Optimalizační proces spustíte stisknutím tlačítka "Optim".

 

Tip1: Vyzkoušejte i jiný typ řemene než doporučovaný. Například místo klasického průřezu (A,B,C,D,E / A,AX,B,BX,C,CX,D) vyzkoušejte úzký klínový řemen (SPZ,SPA,SPB,SPC / 3V,5V,5VX,8V).
Tip2: V listu "Nastavení" můžete přepnout mezi standardním typem řemene (noremní hodnoty) a řemeny od firem CONTITECH ® / Gates Rubber Company ®, které mají vyšší výkonové parametry.

2.3 Tabulkový výpočtový průměr (Vnější) - výběr. /6.3

Výběrové seznamy obsahují výpočtové průměry řemenic z tabulek. V závorce jsou vnější průměry řemenice (pokud je uvedeno). 

Upozornění: Při výběru průměru druhé (resp. třetí) řemenice jsou odpovídajícím způsobem modifikovány otáčky.

2.4 Výpočtový průměr řemenice. /6.4

Tento řádek obsahuje průměry řemenic, které jsou použity ve výpočtu. Zadat přímo je možné pouze průměr první řemenice. Průměr druhé (resp. třetí) je dopočítán automaticky na základě požadovaných Výstupních otáček [1.2] a Součinitele skluzu [1.8]. Pokud chcete použít normalizovaných (tabulkových) průměrů u všech řemenic postupujte následovně:

  1. Vyberte průměr první řemenice [2.3] - průměr druhé (a třetí) řemenice je dopočítán na základě požadovaných otáček.
  2. Vyberte průměr druhé řemenice [2.3] a to tak, aby byl co nejblíže vypočítané hodnotě. Po výběru jsou odpovídajícím způsobem změněny otáčky druhé řemenice [1.2/5.2].
  3. Vyberte průměr třetí řemenice [2.3] a to tak, aby byl co nejblíže vypočítané hodnotě. Po výběru jsou změněny otáčky třetí řemenice [1.2].
  4. Zkontrolujte jestli otáčky všech tří řemenic vyhovují vašemu zadání, pokud ne, opakujte postup s jinými průměry.
Upozornění: Červené číslice signalizují chybnou volbu průměru - menší než doporučená minimální.
Tip: Pokud potřebujete změnit či doplnit normalizované (tabulkové) hodnoty průměrů řemenic, změňte hodnoty v odpovídajících tabulkách v záložce "Tabulky".

2.5 Doporučená osová vzdálenost. /6.5

Na řádku jsou uvedeny minimální (konstrukční hledisko) a maximální (doporučení) hodnoty osových vzdáleností mezi řemenicemi. Pro výpočet převodu pomocí dvou řemenic jsou tyto informace společně s optimální osovou vzdáleností uvedeny na řádku [6.4]. 

2.6 Osová vzdálenost. /6.5

Na řádku zadejte požadované osové vzdálenosti mezi řemenicemi. Každá změna osové vzdálenosti je kontrolována a pokud zadáte nekorektní hodnotu, jsou automaticky upraveny zbývající osové vzdálenosti.
Zaškrtnuté (aktivní) zaškrtávací políčko ve vstupním poli znamená, že takto označená osová vzdálenost bude zamknuta pro změnu (pokud to bude konstrukčně možné) při úpravě osových vzdáleností při výpočtu pro dosažení  tabulkové délky řemene [2.7]. Neoznačená osová vzdálenost bude při přepočtu změněna.

2.7 Délka řemene - Vypočítaná/Min./Normalizovaná. /6.6

V prvním sloupečku je aktuální pracovní délka řemene. Druhý sloupeček obsahuje minimální možnou (Pro dané průměry a minimální osové vzdálenosti). Ve třetím sloupečku je výběrový seznam obsahující normalizované (tabulkové) délky řemene (vnitřní délku a v závorce výpočtovou délku). Po výběru vhodné délky řemene jsou iteračně měněny označené osové vzdálenosti [2.6] tak, aby bylo dosaženo požadované délky řemene. Tlačítko "R" vpravo od výběrového seznamu zopakuje iteraci pro aktuální vybranou délku řemene.

2.8 Úhel mezi řemenicemi.

Je to úhel, který svírají přímky procházející středy řemenic - viz obrázek.

2.9 Úhel opásání řemenice. /6.7

Jedná se o důležitý parametr, na kterém je podstatně závislý výkon přenášený jedním řemenem. U řemenic, které přenášejí výkon, by neměl být menší než 90°.

2.10 Výkon přenášený jedním řemenem na řemenici. /6.8

Jedná se o skutečný výkon, který daný řemen dokáže za daných podmínek (konstrukční uspořádání, režim zatížení, provozní parametry) přenést na řemenici. Základní výkonové parametry řemene se získávají interpolací z výkonových tabulek (ISO, DIN, BS, CONTITECH ®) a nebo z výkonových vzorců (ANSI/RMA a Gates Rubber Company ®).

Tip: Výkonové podklady pro standardní řemeny a nebo  řemeny CONTITECH ® / Gates Rubber Company ® přepnete v listu "Nastavení".

2.11 Spočítaný (přesný) počet řemenů. /6.9

Udává přesný počet řemenů, který je nutný pro přenos požadovaného výkonu pro danou řemenici.

Tip: Často je možné malou změnou některého parametru (délka řemene, změna některé osové vzdálenosti) snížit počet potřebných řemenů. Při takových změnách je pak vhodné sledovat právě tyto přesné hodnoty počtu řemenů.

2.12 Potřebný počet řemenů / přibližná hmotnost. /6.10

Potřebný počet řemenů je největší hodnota z předchozího řádku zaokrouhlená na celé číslo nahoru. Za standardních podmínek by počet řemenů neměl být vyšší než 10.

Přibližná hmotnost je součet hmotností řemenic a řemenů aktuálního převodu. Hmotnost řemenic je počítána přibližně podle obrázku. 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.

 

Výsledky, koeficienty. [3/7]

V tomto odstavci naleznete některé koeficienty používané pro výpočet, ale především zde naleznete silové poměry působící na řemenici.

3.1 Koeficienty. /7.1

Tyto koeficienty mají vliv na výkon přenášený jedním řemenem. 

Tip: Význam jednotlivých koeficientů naleznete v odborné literatuře

3.5 Osová přestavitelnost. /7.5

Jedna z řemenic navrhovaného řemenového převodu musí být osově přestavitelná. Na řádku [3.6, 3.7] jsou uvedeny minimální hodnoty pro každou řemenici a to pro napnutí řemene (parametr x) a pro nasazení řemene (parametr y). Posunutí je počítáno pro osu půlící úhel, který svírají pásy řemene u dané řemenice.

3.9 Součinitel bezpečnosti. /7.9

Protože řemenové převody vykazují nejvyšší mechanickou účinnost při plném zatížení a zároveň během provozu klesá hodnota předpětí (pokud není zajištěno konstrukčně jinak), je v tomto výpočtu zaveden tento součinitel bezpečnosti, kterým jsou zvýšeny hodnoty předpětí řemene. Doporučená hodnota tohoto součinitele je mezi 1.1 - 1.3 a je uvedena v zeleném poli. Při zaškrtnutém políčku je automaticky dosazena doporučená hodnota.

3.10 Rychlost řemene / max. pro daný typ. /7.10

Obvodová rychlost řemene je další důležitý parametr řemenového převodu. Optimální obvodová rychlost pro klínové řemeny je okolo 25 [m/s] / 5000[ft/min]. Maximální rychlost je různá pro různé typy (výrobce) klínových řemenů a je uvedena v zeleném poli.

3.11 Ohybová frekvence řemene. /7.11

Je závislá na typu řemene. Podrobné informace naleznete v katalogu výrobce. Maximální hodnoty se pohybují v rozmezí 50-100 [/s].

3.12 Tahová síla. /7.12

Je základní síla odvozená z přenášeného výkonu a rychlosti řemene.

3.13 Odstředivá síla. /7.13

Složka odstředivé síly se uplatňuje až při vyšších rychlostech řemene (cca 20 [m/s] / 4000 [ft/min]).

3.14 Předpětí. /7.14

Pro správnou funkci řemenového převodu je nutné "předpětí" řemene, které zajistí dostatečné třecí síly nutné pro přenos požadovaného výkonu.

3.15 Statická síla na hřídel (v klidovém stavu). /7.15

Síla, která působí na hřídel v klidovém stavu.

3.16, 3.17 Síla v zatížené a odlehčené větvi řemene. /7.16, 7.17

Jedná se o síly, které při provozu působí v zatížené (resp. odlehčené) části řemene.

3.18 Celková radiální síla na hřídel (ložiska).

Tato síla působí za provozu na hřídel každé řemenice. Její znalost je nutná pro dimenzování hřídelí, ložisek a dalších konstrukčních elementů řemenového převodu.

Rozměry řemenice a řemene. [4/8]

V tomto odstavci jsou uvedeny rozměry zvoleného řemene a rozměry každé řemenice. Tyto rozměry jsou použity pro 2D výkresy a 3D modely. Tolerance rozměrů a další doplňkové informace naleznete v příslušné normě nebo v katalogu výrobce.

Kontrola napnutí řemene.

Po nasazení a po napnutí řemene (zajišťuje osová přestavitelnost jedné z řemenic nebo napínací kladka) je nutné provést kontrolu napnutí řemene. Protože výrobci řemenů používají různé postupy a zároveň dodávají i přístroje pro kontrolu napnutí řemene, odkazujeme proto zájemce na firemní katalogy a postupy.

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".

Dodatky - Tento výpočet:

Protože tento sešit obsahuje dva typy výpočtu (pro 2 nebo 3 řemenice), jsou standardní volby pro vytvoření 2D výkresu rozšířeny o následující přepínače.

9.3 Použít data z výpočtu:.

Ve výběrovém seznamu zvolte, jestli mají být pro tvorbu 2D výkresu (3D modelu) použity rozměrové údaje z výpočtu 3 řemenic nebo 2 řemenic. 

Tip: Použití většiny obslužných prvků v příslušném výpočtu (Výběrové seznamy, tlačítka) přepínač automaticky nastavuje.

9.4 Detail:.

Ve výběrovém seznamu vyberte tu řemenici, kterou chcete vykreslit v detailním pohledu.

Úhel a

Úhel nastavuje pootočení výkresu sestavy řemenic vzhledem k vodorovné ose (obrázek - viz. tlačítko).

Nastavení, změna jazyka.

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

1.2 Databáze klínových řemenů.

Výběrem databáze řemenů jsou změněny odpovídající výkonové parametry řemenů. K dispozici jsou:

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 klínového řemene. Proto je možné v tomto výpočtu změnit v podstatě libovolné parametry (průměry řemenic, délky řemenů, výkonové tabulky, výkonové vzorce) v tabulkách definujících rozměry a vlastnosti řemenů.