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 =.
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
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.
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.
Nyttemmin lattahihnojen rakenne ja materiaalit ovat muuttuneet täydellisesti. Vetävänä materiaalina käytetään karkaistua polyamidia tai kevlarkuitua. Kummallakin rakenteella saavutetaan huoltovapaa useiden vuosien käyttöikä, erinomainen hyötysuhde ( = 0,98... 0,99) ja kaupan päälle täysin vapaa akseliväli, hyvä värähtelyn vaimennus, ylikuormitussuoja ja halpa hinta. suojakerros vetokerros kitkakerros Habasit-hihnan rakenne: - kitkakerros elastomeeria - vetokerros polyamidia tai kevlaria - suojakerros muovia tai toistetaan kitkakerroksena tangentiaalikäyttöä varten.
Flexproof Thermofix Lattahihnat liitetään yhteen liimaamalla joko limiliitoksella ("Thermofix") tai hammasliitoksella ("Flexproof"). Limiliitosta käytetään polyamidihihnoille ja hammasliitosta kevlarhihnoille. Tarvittavat välineet ovat yksinkertaiset ja liitos voidaan toteuttaa vaikka suoraan oikeaan kireyteen kiristettynä käyttöpaikalla.
Hihnapyöristä ainakin suurempi tulee tehdä ulkopinnaltaan mykeväksi, jotta sen päälle lappava hihna taipuisi epätasaisesti venyessään niin, että se ajautuu keskelle. Suoritetaan ns. bombeeraus. pyöristys 1,6 koneistus Bombeeratun pinnan poikkileikkauksen tulisi olla mahdollisimman lähellä ympyrän kaarta. Bombeeraus mitataan säteen erona pyörän kehällä keskikohdan ja reunan välillä. Pinnan sileyden tulee olla riittävä hihnan kulumiskestävyyden vuoksi. Reunat tulee pyöristää.
Habasit A-5
Lattahihnakäytön mitoitus Hihnavalmistajien ohjeistus perustuu seuraavaan laskelmaan: Teho P=F u v, F u =kehävoima, v=kehänopeus; v= r =2 n r= nd Eli pienimmän hihnapyörän halkaisija d=p/(f u n) Kun välityssuhde i=1:1, =180 0 ja kuivana kitkakerroin =0,8 -> F u =1,7 S, missä S=alkukiristysvoima. Oletetaan akseliin kohdistuvaksi voimaksi F h =2 S. Eli d~ 0,54 P/( F w n). Muut tapaukset ( 180 0 ), F u =F h (e β -1)/ (e β +1). Hihnan leveys määräytyy yhtälöstä: b=p/(p n c 1 c 2 c 3 ), missä P n =nimellisteho hihnan leveydelle [W/m], c 1 = käyttökerroin, c 2 =ympäristökerroin ja c 3 = kohdekerroin. Hihnan kiristykseksi voidaan valita 1-2,5% akselivälistä E. Hihnavalmistajat ilmoittavat hihnavoiman S 0 hihnan leveyttä kohden 1% venymällä, josta voi laskea karkeasti valittua kiristystä vastaavan hihnavoiman S. Edelleen sen perusteella tiedetään akselivoima F h =2 S. Hihnan pituus: L = 2E cos + 0,5 (d 1 + d 2 )+ [rad] (d 2 d 1 ) Kosketuskulma saadaan yhtälöstä: =180 0-2 ja sin =(d 2 -d 1 )/2E
Esimerkki lattahihnakäytöstä Sähkömoottorin teho 1000 kw, pyörimisnopeus n 1 =1500 r/min. ja siihen kytketyn pienemmän hihnapyörän d 1 =800 mm. Moottori pyörittää jauhinta lattahihnakäytöllä (c 1 =1,1). Akseliväli e=2000mm. Kun välityssuhde i = 2,21, niin d 2 =1765 mm. Pienemmän pyörän kehänopeus v= 25 0,8 m/s =62,8 m/s. Valmistajan taulukkotiedon perusteella hihnalle A-5 hihnavoima S 0 =32,8 N/mm 1% venymällä. Kitkakerroin =0,8, =13,96 0 =0,244rad, =152,1 0 = 2,66rad. F u =51,6N/mm -> P n =3,24 kw/mm, b=p/p n c 2 =1000/(3,24 1,1) =280 mm. Hihnan pituus L=8146 mm. Käytännössä kiristyksen pitää olla suurempi kuin 1%! (Habasit antoi esikiristykseksi 2,77%)
[https://selecalc.habasit.com]
Esimerkki kiilahihnavaihteesta Yhden kiilahihnan hyötysuhde alkaa nykyisin olla jo = 0,98 luokkaa. Hihnojen leveys ja profiilin muoto ovat kuitenkin niin vaihtelevat, että kahdesta vierekkäisestä hihnasta toinen on aina ajoittain syvemmällä urassaan kuin toinen. Näin hihnat "riitelevät" keskenään ja niiden välille tulevat sokkomomentit saattavat olla melko suuria. Kahden ja useamman hihnan muodostaman käytön hyötysuhde onkin vain = 0,93...0,94. Tätä arvoa valmistajat eivät tietenkään kerro. Kiilahihnan yhtenä etuna on se, että V-ura pitää hihnan varmasti paikallaan. Tätä etua hyödynnetään mm. puutarhakoneissa, missä hihnan kiristyksellä aikaan saadaan moottorin kytkentä ja irrotus. Ajatusta voisi kehittää pitemmällekin.
2-portainen kiilahihnavaihde i = 0.78...1,28 6006-2RS Hihnat kiristetään vuorotellen epäkeskon varassa käännettävällä kiristyspyörällä (kuva). Epäkesko on saatu aikaan kiristämällä kaksi hoikkaa kuulalaakeria vasten säätöakselin päätä niin, että ne nojaavat sisärenkaastaan kiristysruuviin vastakkaisasennossa.
Lattahihnakäytön ja hammasvaihdekäytön vertailua Vasemmalla puolella on esitetty 2-portainen hammasvaihdekäyttö välityssuhteella 1 : 8, vaikkapa rumpusekoittajan pyöritykseen. Moottori on 132 kw, 1500 r/min. Oikealla on sama toteutettuna lattahihnakäytöllä. Hihnapyörien koot ovat 250 ja 2000 mm, hihna Habasit A-4, leveys 240 mm. Lattahihnakäytössä ei tarvita lainkaan kytkimiä, ei liioin vaihdetta. Moottori voidaan sijoittaa suoraan lattialle ilman perustusta. Tarvitaan vain kaksi hihnapyörää ja hihna. Kuva esittää tosin hihnakäytön äärimmäistä sovellusmuotoa, sillä moottorin laakerointi kestää tässä enää 40'000 h (riittävä). Jos välityssuhde olisi vaikkapa 1 : 5, voisivat hihnapyörät olla kokoa 340/1700 ja hihnan A-4 leveys vain 160 mm. Pienemmillä välityssuhteilla hihnakäyttö olisi taloudellisuudessa aivan ylivoimainen.