Tiedetään teho P, akseleiden pyörimisnopeudet n 1. , käyttömoottori ja sen akselin (laakereiden) suurin sallittu kuormitus F h

Transkriptio

1 Kiilahihnan mitoitus Tiedetään teho P, akseleiden pyörimisnopeudet n 1 ja n 2, käyttömoottori ja sen akselin (laakereiden) suurin sallittu kuormitus F h sekä käytettävän koneen tyyppi: Lasketaan pienen kiilahihnapyörän halkaisija d p k k P d p > 2 0,75 n F (valitaan lähin standardikoko) 1 h Suuren kiilahihnapyörän halkaisija D p = i d p, kun i = n 1 /n 2 (huom! n 1 on suurempi pyörimisnopeus) Suositus akseliväliksi E = 0,75 1,0 (d p + D p ) Akseliväli E =E d p, laskentapituus L=L d p (kts. käyrästö) Hihnan pituus likimääräisesti L = 2E + 0,5 (D p + d p )+ (D p - d p ) 2 /4E Korjattu akseliväli E p = E+(L p L)/2 (L p = tod. hihnanpituus)

2 Käyttökerroin k k [Koneenosien suun., s. 599] Käytettävä kone Käyttävä kone Oikosulkumoottori Y/D käynnistys. Liukurengasmoottori Nopea monisylinterinen polttomoottori Oikosulkumoottori suora käynnistys. Hidas polttomoottori Nesteen sekoittaja Puhallin, imuri, kevyt keskipakopumppu Potkuripuhallin < 7 kw Hihnakuljetin Taikinakone Potkuripuhallin > 7 kw Generaattori Pesukone... Tiilikone Kauhakuljetin Mäntäkompressori Vasaramylly Hollanteri... Murskaimet Kuula- ja tankomyllyt Kehäsaha Raskas nosturi... 1,0 1,1 1,1 1,2 1,2 1,4 1,3 1,5

3 Hihnan pituus ja akseliväli L suhteellinen laskentapituus E suhteellinen akseliväli = kosketuskulma k =kosketuskulmakerroin

4 Hihnatyyppi Tehonsiirtokyky: - hihnamäärä z lasketaan kertoimien avulla z > P k k k 1 k 0 /(P 0 k k L ) P hihnavälitykselle laskettu teho k k käyttökerroin k 1 käyttöaikakerroin k 0 ympäristökerroin P 0 hihnan tehonsiirtokyky k kosketuskulmakerroin k L hihnan pituuskerroin

5 Hihnojen asennus ja käyttö Asennus: hihna löysänä hihnapyörille kiristys pyöritetään käsin kiristys voimalla F j F j = 0,75 v = πn 1 d p = kehänopeus, z = hihnojen määrä uusi kiristys 2 5 minuutin käytön jälkeen tarkistus yhden vuorokauden päästä Käytön aikana: seurataan rinnakkaisten hihnojen epätasaista jättämää k k P k vz

6 Kiilahihnaprofiilin valinta - hihnavalmistajan ohje [Gates]

7 Kiilahihnapyörän valinta - hihnavalmistajan ohje [Gates]

8 Esimerkki kiilahihnakäytöstä Kolmivaihdemoottori pyörittää porakonetta kiilahihnan välityksellä. Pienemmän hihnapyörän n 1 =1500 r/min., suuremman 365 r/min. ja teho P=4 kw. Kerroin k k =1,2 ja sähkömoottorin F h =800 N. Pienempi hihnapyörä d p = 2 0,75 1,2 4000/( )=0,115 m -> Taulukosta valitaan hihnaprofiili SPZ ja pienemmän hihnapyörän d 1 =118 mm. Tarkistetaan kehänopeus v = n 1 d 1 =9,3 m/s < 25 m/s. Suuremman hihnapyörän D = (1500/365)118 mm =484 mm -> valitaan D = 480 mm. Akseliväli E=0,75...1,0( ) = 448, mm Valitaan E= 580 mm. Hihnan pituudeksi saadaan: Käyrästöstä E =5 ja L =18 eli sen mukaan akseliväli E=590 mm ja hihnan pituus L=2124 mm. Lasketaan likimääräinen hihnan pituus L= 2156 mm. Valitaan valmistajan luettelosta L=2120 mm (nimellinen laskentapituus), jolloin korjattu akseliväli E p =580+( )/2 = 562 mm.

9 Erään hihnanvalmistajan ohje [

10 Kiilahihnapyörä Kiilahihnan mitoituksessa käytetään hihnapyörähalkaisijan mittaa D m hihnaprofiili SPZ [

11 Hihnan pituuden L laskenta d 1 E d2 L = 2E cos + 0,5 (d 1 + d 2 )+ [rad] (d 2 d 1 ) Ja lasketaan yhtälöstä sin =(d 2 -d 1 )/2E

12 Hammashihnat - toiminta Hammashihnat toimivat muista hihnoista poiketen lähinnä ketjujen toimintaperiaatteella. Niitä markkinoidaan voimakkaasti silläkin perusteella, että ne eivät kuormita akselia. Tämä etu on muihin hihnoihin verrattuna hyvin vähäinen, sillä paluupuoli ei saa koskaan löystyä nollakireyteen. Akselikuormitus on aina vähintään kehävoiman suuruinen. Tähänkin tarvitaan tietysti vielä pelivaraa. Hammashihnoilla voidaan välittää suuriakin tehoja. Mutta niiden hinta on hyvin korkea ja pyörät kalliita. Pyörien valmistuksessa tarvitaan lisäksi erikoistyökaluja. Hammashihnoja kannattaa käyttää vain silloin, kun akseleiden tahdistusta todella tarvitaan. Polttomoottoreiden nokka-akselikäytöt ovat tyypillisiä sovellusalueita, mutta tässä käytössä ne muodostavat nykyisin auton moottorin suurimman käyntiriskin. Laatuautoissa käytetään edelleen ketjua ja näin vältytään ylimääräisen öljytiivistyksen rakentamiselta. Ketjukäyttö on osoittautunut myös kestävämmäksi ja luotettavammaksi.

13 Hammashihnat - ominaisuuksia hihnaa pitää ohjata hihnapyörillä vain vetokerros välittää tehoa venyy hieman, hammastaa ja siksi äänekäs hampaiden kiinnitys heikko kohta

14 Hammashihna amerikkalainen mitoitus Profiilit: 1. standardi 2. trapetsi 3. HTD Jako MXL XL L H XH XXH Jako mm 2,032 5,080 9,525 12,700 22,225 31,750 Jako in 0,080 0,200 0,375 0,500 Lisäksi: yksipuolinen hammastus kaksipuolinen symmetrinen hammastus 0,875 kaksipuolinen vuorohammastus 1,250 SFS-ISO

15 Hammashihna eurooppalainen mitoitus p jako, m moduuli, X hammasluku, L standardipituus, F N sallittu hihnavoima leveyttä kohden (kts. seuraava kuva) [Decker]

16 Hammashihnan laskenta p =jako Hammashihnapyörän halkaisija d = m z m =moduuli z =hammasluku Hihnan pituus L = 2E cos + 0,5 (d 1 + d 2 ) + [rad] (d 2 d 1 ), kun sin = (d 2 -d 1 )/2E ja E = akseliväli. Hihnan minimileveys saadaan yhtälöstä b > P k k /(v F N ), missä P on teho, k k käyttökerroin, v kehänopeus ja F N hihnavoima.

17 Esimerkki hammashihnakäytöstä Sähkömoottori pyörittää työkonetta hammashihnan välityksellä. P= 5 kw, n 1 = 2800 r/min., n 2 = 1400 r/min. ja akseliväli E~ 560 mm. Taulukosta valitaan tehon perusteella hihnaprofiili T10, jolle jako p= 10 mm, moduuli m=3,183 mm. Pienin hammasluku z min = 12. Valitaan hammasluvuiksi z 1 =24 ja z 2 = 48. Pienemmän hihnapyörän halkaisija d 1 = m z 1 = 3, =76,4 mm. Suuremman hihnapyörän halkaisija d 2 = 3, =152,8 mm. Hammasluku X lasketaan seuraavasti: Lasketaan kosketuskulma = ja sin = (d 2 -d 1 )/2E -> ~3,9 0 =0,068 rad. Eli =172,2 0. Hihnan pituus L = 2E cos + 0,5 (d 1 + d 2 ) + [rad] (d 2 d 1 )= 1483 mm. Tästä voidaan laskea hammasluku X= L/p~ 148 hammasta. Taulukon perusteella valitaan standardikoko X=142 hammasta eli L=1420 mm. Hihnan minimileveys saadaan yhtälöstä b > P k k /(v F N ) = 5 kw 2/(11,2 m/s 720N/cm)= 1,2 cm = 12 mm. Valitaan hihnan leveydeksi 50 mm.

18 Nuolihammastus [Good Year Eagle Pd]

19 Kaarihammastus Breco BATK10, leveydet 32, 50, 75 ja 100 mm

20 Lattahihnakäytöt - toiminta Lattahihnakäytöillä on ominaisuuksia, joita ei saavuteta millään muulla ratkaisulla. Esimerkiksi: - mielivaltainen akseliväli - akselien välillä voi olla kiertymää, eli akselien ei tarvitse olla samassa tasossa - akselivälin pidennys tuo mukanaan erinomaisen elastisuuden - vaimentavat värähtelyä sekä elastisuutensa että luistokykynsä vuoksi - muodostavat erinomaisen ylikuormitussuojan. Hihnojen materiaali on nyt polyamidia, polyesteria ja/tai kevlaria. Samalla hihnakäyttöjen vaatima tila on pienentynyt ja kestävyys kasvanut niin, että huoltoväli voi olla vuosia. Hihnakäyttö on äänetön ja hyötysuhteeltaan parhaimmillaan jokseenkin hammasvaihteiden veroinen. Kun hihnakäyttö kuormittuu, vetopuolen hihna kiristyy ja venyy, paluupuolen vastaavasti löystyy. Hihnavoimien erotus S n = S 1 - S 2 on tehoa siirtävä kehävoima kummankin pyörän kehällä. Hihna tulee vetävälle pyörälle paluupuolta suuremmalla kireydellä ja venymällä ja lähtee seuraamaan hihnapyörän pintaa. Kun paluupuoli tulee vastaan sen kireys ja venymä laskevat niin, että hihna liukuu vetävän pyörän pinnalla kulman matkalla juuri ennen irtautumistaan siitä. Saapuessaan löysänä käytetylle pyörälle se seuraa sen pintaa samalla alentuneella kireydellä ja venymällä lähelle vetopuolen alkua, missä se venyy hihnapyörän pinnalla liukuen vetopuolen kireyteen ja venymään. Täälläkin liukumisalue on kaarikulmana mitaten =.

21 Hihnavoimansiirto perustuu hihnan ja hihnapyörän väliseen kitkaan. Jotta kitkaa olisi, täytyy hihna kiristää niin, että tyhjäkäynnillä kireys kummallakin puolella muodostuu riittäväksi ja yhtä suureksi. Kireys vetopuolella olkoon = S 1 ja paluupuolella = S 2. S 1 S 2

22 Hihnan venymä nimelliskuormituksella β S 1 S 2 Liukuma-alueen kulman β määrää Eytelweinin yhtälö: S 1 = S 2 e (S n = S 1 - S 2 ) Yhtälössä = kitkakerroin. Kumipintaisilla hihnoilla sen arvo kuivana on = 0,8, mutta märkänä vain = 0,25...0,4. Hihnan kiristys pienentää liukualuetta β, mutta samalla kasvaa hihnan suurin jännitys myös kuormitettuna.

23 Hihnan kuormitus äärimmillään β S 1 β S 2 Hihnojen esikiristys sovitetaan siten, että kosteissa olosuhteissa se on suurempi ja vastaava kuormitettavuus jää pienemmäksi kuin kuivissa olosuhteissa. Jos kuormitus kasvaa äärimmilleen, liukukulma β saavuttaa hihnan koko kosketuskulman. Kun kosketuskulma on pienimmillään yleensä vetävän pyörän kohdalla, liukuminen alkaa ensin siellä.