ΙΜΑΝΤΕΣ - ΛΟΥΡΙΑ

Περίληψη Κεφαλαίου

Η ιμαντοκίνηση εφαρμόζεται στις περιπτώσεις όπου λόγω της μεγάλης απόστασης των ατράκτων δε μπορούμε να έχουμε άμεση μετάδοση με γρανάζια.

Η διάταξη της ιμαντοκίνησης αποτελείται από δύο τροχαλίες προσαρμοσμένες στις δύο ατράκτους και τον ιμάντα που τις συνδέει καλύπτοντας ένα μέρος της εξωτερικής τους περιφέρειας σχηματίζοντας από ένα τόξο επαφής σε κάθε τροχαλία Το άθροισμα των δύο τόξων επαφής είναι 360^o μοίρες

Οι τροχαλίες μπορεί να είναι ολόσωμα τύμπανα ή δίσκοι ή για μεγαλύτερες διαστάσεις τροχοί με βραχίονες για μείωση του βάρους. Στο κέντρο τους έχουν διαμορφωμένη πλήμνη για την σύνδεσή τους με την άτρακτο και στη περιφέρειά τους η στεφάνη έχει διάφορες μορφές ανάλογα με το είδος του ιμάντα (απλή κυλινδρική, με πατούρες, με δόντια για οδοντωτούς ιμάντες, με αυλάκια για τραπεζοειδείς ιμάντες κτλ)

Η μορφή της διατομής ενός ιμάντα μπορεί να είναι ορθογωνική, κυκλική ή τραπεζοειδής. Επίσης για ακρίβεια στην μετάδοση χωρίς ολίσθηση και βελτίωση της ευκαμψίας του ο ιμάντας μπορεί να έχει εσωτερική οδόντωση.

Με την ιμαντοκίνηση μεταδίδεται περιστροφική κίνηση με δυνατότητα αυξομείωσης της μεταφερόμενης ροπής και στροφών είτε με μία σταθερή σχέση μετάδοσης είτε βαθμιαία είτε με συνεχή μεταβολή της μέσα σε μια περιοχή τιμών. Σε κάθε περίπτωση οι ροπές των ατράκτων είναι αντιστρόφως ανάλογες των στροφών τους.

Η ιμαντοκίνηση καλύπτει ένα εύρος τιμών περιφερειακής ταχύτητας από 2 έως 60 m/sec, λόγω της αντοχής των υλικών κατασκευής τους η μέγιστη ισχύς που μπορεί να μεταφερθεί με την ιμαντοκίνηση είναι μέχρι 2000 PS.από εκεί και πάνω χρησιμοποιούμε γρανάζια και αλυσίδες.

Επειδή P = F*V για δεδομένη ισχύ όσο μικρότερη είναι η περιφερειακή ταχύτητα τόσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη F οπότε οι ιμάντες δεν προσφέρονται για μικρές ταχύτητες.

Οι ιμάντες λόγω της ευκαμψίας τους χρησιμοποιούνται σε περιπτώσεις που οι: γεωμετρικοί άξονες των ατράκτων είναι ασύμβατοι έως ασύμβατα κάθετοι μεταξύ τους. Σε περιπτώσεις που θέλουμε να έχουμε αντίθετη φορά περιστροφής των ατράκτων τοποθετούνται με διασταύρωση ιμάντες που μπορούν να εργαστούν και με τις δύο επιφάνειές τους.

Οι ιμάντες κατατάσσονται στις εξής κατηγορίες

Επίπεδοι έχουν ορθογωνική διατομή και εργάζονται σε απλές τροχαλίες που μπορεί να έχουν και ελαφρά κύρτωση για ασφαλή πρόσφυση. Η κύρτωση δεν υπάρχει όταν ο ιμάντας πρέπει να μετατοπίζεται για την αποσύμπλεξη της μετάδοσης Οι ιμάντες αυτοί έχουν αντικατασταθεί σε πολλές εφαρμογές από τους τραπεζοειδείς. που παρουσιάζουν πλεονεκτήματα στην πρόσφυση ακόμα και με μικρή τάνυση.

Κατασκευάζονται από δέρμα ή ύφασμα το οποίο μπορεί να προέρχεται από φυσικά ή συνθετικά νήματα, καλύτεροι είναι οι δερμάτινοι λόγω του μεγάλου συντελεστή τριβής με τις τροχαλίες, επίσης κατασκευάζονται και ελαστικοί με βουλκανιζάρισμα. Χαρακτηρίζονται από το πλάτος b το πάχος s και το μήκος τους L

Κυκλικοί έχουν κυκλική διατομή και λίγες εφαρμογές, συνεργάζονται με τροχαλίες που φέρουν στην περιφέρειά τους αυλάκια.

Χαρακτηρίζονται από την διάμετρό τους d και το μήκος L

Τραπεζοειδείς: Είναι οι πιο διαδεδομένοι ιμάντες σήμερα. Η διατομή τους είναι τραπεζοειδής και στο πάνω μέρος της μέσα από την επένδυση έχουν χορδές για την παραλαβή των εφελκυστικών φορτίων. Οι τραπεζοειδείς ιμάντες ανάλογα με τις εφαρμογές μπορεί να είναι κανονικοί, στενοί, ενισχυμένοι, ή τραπεζοειδείς με ιμάντες χρονισμού με εσωτερική οδόντωση. Συνήθως χρησιμοποιούνται πολλοί παράλληλοι κλάδοι είτε από ανεξάρτητους ιμάντες ή από πολύκλαδους ιμάντες που συνδέονται μεταξύ τους στο πάνω μέρος τους, οι τροχαλίες έχουν ισάριθμα αντίστοιχα αυλάκια.

Στις περιπτώσεις συχνής μεταβολής των στροφών ή στις περιπτώσεις που δεν πρέπει να υπάρχει καθόλου ολίσθηση χρησιμοποιούνται ιμάντες μεγάλου πλάτους με εσωτερική οδόντωση. π.χ. ιμάντες χρονισμού.

Κατασκευάζονται συνήθως από συνθετικά υλικά.

Η βάση του ιμάντα κατασκευάζεται από συνθετικό ελαστικό το οποίο καλύπτεται από ανθεκτική ελαστική επένδυση για προστασία των χορδών.

Οι χορδές κατασκευάζονται από πολυεστέρες εμποτισμένους από ελαστικό ενώ όταν πρόκειται για οδοντωτούς ιμάντες οι χορδές είναι είτε χαλύβδινες είτε από ίνες γυαλιού με ελικοειδές πλέξιμο, τα δόντια από ελαστικό μέτριας σκληρότητας ενώ η επένδυσή τους από πολυουρεθάνη με μικρό συντελεστή τριβής.

Το σύνολο καλύπτεται από ανθεκτικό ελαστικό για την προστασία των χορδών.

Χαρακτηρίζονται από το ύψος τους h και το πλάτος της μεγάλης πλευράς του τραπεζίου b.

Οι οδοντωτοί ιμάντες έχουν δύο ύψη, του ιμάντα hs και του δοντιού ht καθώς και το βήμα τους t,

Οι τραπεζοειδείς ιμάντες πλεονεκτούν σε σχέση με τους επίπεδους στο εξής: Λόγω της μορφής τους δημιουργούν επιφάνειες επαφής που σχηματίζουν οξεία γωνία με το επίπεδο των αρχικών τάσεων, έτσι οι κάθετες δυνάμεις άρα και η τριβή που αναπτύσσεται με την τροχαλία είναι μεγαλύτερη από αυτή των επίπεδων ιμάντων για την ίδια αρχική τάνυση.

Οι τροχαλίες κατασκευάζονται από χυτοσίδηρο, χυτοχάλυβα για μεγάλες περιφερειακές ταχύτητες ή συγκολλητές ή για μειωμένο βάρος μικρές ταχύτητες και ισχύ από αλουμίνιο ή πλαστικό ξύλο κτλ.

Χαρακτηρίζονται από την διάμετρό τους d και το πλάτος τους b₁.

Το πλάτος της τροχαλίας του ιμάντα υπολογίζεται από την σχέση:

b₁= 1,1d +10 mm

Η διάμετρος της τροχαλίας στην ιμαντοκίνηση είναι:  80  με 100 ς

Βασική προϋπόθεση καλής λειτουργία της ιμαντοκίνησης είναι η σωστή αρχική τάνυση του ιμάντα. Η αρχική τάνυση του ιμάντα γίνεται με την απομάκρυνση των τροχαλιών με την βοήθεια ειδικών διατάξεων.

Με την τάνυση του ιμάντα αναπτύσσονται κάθετες δυνάμεις μεταξύ του ιμάντα και της τροχαλίας στην περιοχή του τόξου επαφής Διακρίνονται δύο κλάδοι ο έλκοντας και ο ελκόμενος. Ο έλκοντας κλάδος αναγκάζει την κινούμενη τροχαλία να περιστραφεί και ο ελκόμενος ακολουθεί. Οι κάθετες δυνάμεις δεν είναι ίσες σε όλο το τόξο επαφής αλλά η τιμή τους μειώνεται από τον έλκοντα προς τον ελκόμενο κλάδο.

Όταν αρχίσει η περιστροφή της κινητήριας τροχαλίας εξαιτίας των κάθετων δυνάμεων F_k (οι οποίες οφείλονται στην αρχική τάνυση του ιμάντα) εμφανίζεται δύναμη τριβής ολίσθησης με περιφερειακή διεύθυνση και έτσι αναγκάζεται να ακολουθήσει την περιστροφή ο ιμάντας και κατ’ επέκταση και η κινούμενη τροχαλία. Όταν δεν λειτουργεί η ιμαντοκίνηση λόγω συμμετρίας οι τάσεις των δύο κλάδων είναι ίσες T₀.

Κατά την λειτουργία όμως ή τάση T₁ του έλκοντα κλάδου είναι μεγαλύτερη από την τάση T₂ του ελκόμενου και η διαφορά τους

T₁-T₂ =F

είναι η περιφερειακή δύναμη που παράγει την ροπή

Μ = F* d/2.

Η ιμαντοκίνηση δεν θα λειτουργήσει αν η περιφερειακή δύναμη F δεν είναι μεγαλύτερη από την αντίσταση της κινούμενης τροχαλίας που είναι ίση με:   2 M₂ / d₂ .

Η διαφορά T₁-T₂ = F  σε μία ιμαντοκίνηση είναι κρίσιμη και εξαρτάται από τον συντελεστή τριβής μ την τιμή α του τόξου επαφής και την αρχική τάνυση του ιμάντα. Η τιμή της περιφερειακής δύναμης F εξαρτάται από την κάθετη δύναμη που εμφανίζεται μεταξύ ιμάντα και τροχαλίας.

Σημαντικός παράγοντας στην καλή λειτουργία της ιμαντοκίνησης είναι το μέγεθος του τόξου επαφής όσο πιο μικρό είναι το τόξο επαφής για δεδομένη περιφερειακή δύναμη και ροπή τόσο μεγαλύτερη θα πρέπει να είμαι η τάση T₁ του έλκοντα κλάδου οπότε θα καταπονείται η άτρακτος και τα έδρανα και θα πρέπει να τοποθετείται και μεγαλύτερος ιμάντας για να αντέχει την T_1.

Οι τραπεζοειδείς ιμάντες πλεονεκτούν σε σχέση με τους επίπεδους στο εξής: Λόγω της μορφής τους δημιουργούν επιφάνειες επαφής που σχηματίζουν οξεία γωνία με το επίπεδο των αρχικών τάσεων, έτσι οι κάθετες δυνάμεις άρα και η τριβή που αναπτύσσεται με την τροχαλία είναι μεγαλύτερη από αυτή των επίπεδων ιμάντων για την ίδια αρχική τάνυση.

Κατά την λειτουργία της ιμαντοκίνησης αν θεωρήσουμε ότι το μήκος του ιμάντα είναι αμετάβλητο και ότι δεν υπάρχει ολίσθηση μεταξύ ιμάντα και τροχαλίας τότε όλα τα στοιχεία της ιμαντοκίνησης θα έχουν κοινή περιφερειακή ταχύτητα.

Άρα v₁ = v₂= π d η

και  π d₁ n₁ = π d₂ n₂

και επομένως  d₁ / d₂ = n₂ / n₁= ι

και  M₁ / M₂ = n₂/n₁

Η ιμαντοκίνηση είναι ένας πολύ απλός και οικονομικός τρόπος μετάδοσης της κίνησης χωρίς απαιτήσεις σημαντικής συντήρησης. Για να λειτουργεί σωστά μια διάταξη ιμαντοκίνησης θα πρέπει να διατηρούνται καθαρές οι επιφάνειες ιμάντα τροχαλιών γιατί αλλιώς καταστρέφεται ο ιμάντας και αυξάνει η ολίσθηση.

Επίσης θα πρέπει να προσέρχονται τα εξής:

Δεν θα πρέπει για λόγους καταπόνησης του ιμάντα σε κάμψη στο τόξο επαφής να χρησιμοποιούνται πολύ μικρές τροχαλίες, αλλά ούτε και πολύ μεγάλες γιατί έχουν αυξημένο βάρος και αναπτύσσονται μεγάλες φυγόκεντρες δυνάμεις. Οι διάμετρος της μικρότερης τροχαλίας (συνήθως της κινούσας) στην ιμαντοκίνηση είναι:  d = 80 με 100 s όπου s το πάχος του επίπεδου ιμάντα. Για τους τραπεζοειδείς ιμάντες μπορούν να χρησιμοποιηθούν μικρότερες τιμές γιατί αυτοί έχουν μεγαλύτερη ευκαμψία.

Η απόσταση των αξόνων σε περίπτωση ιμαντοκίνησης με επίπεδους ιμάντες θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη κατά 2 μέτρα από το άθροισμα των διαμέτρων των τροχαλιών διαφορετικά λόγω του μικρού τόξου επαφής και της ύπαρξης μεγάλων σχέσεων μετάδοσης δημιουργείται ολίσθηση.

Μεγάλες περιφερειακές ταχύτητες έχουν σαν συνέπεια την ανάπτυξη μεγάλης φυγόκεντρης δύναμης και κακή πρόσφυση του ιμάντα. Επειδή όμως P = F * V

για δεδομένη ισχύ όσο μικρότερη είναι η περιφερειακή ταχύτητα τόσο μεγαλύτερη πρέπει να είναι η δύναμη F για την μεταφορά της ισχύος οπότε προκύπτουν μεγαλύτερες καταπονήσεις ατράκτων, εδράνων και θα πρέπει να τοποθετείται και μεγαλύτερος ιμάντας άρα οι ιμάντες δεν προσφέρονται ούτε για πολύ μικρές ταχύτητες. Μία καλή περιοχή επιλογής της περιφερειακής ταχύτητας είναι γύρω στα  20 m/sec.

Η μέγιστη τιμή της σχέσης μετάδοσης σε μια ιμαντοκίνηση χωρίς τανυστήρα με την χρήση επίπεδων ιμάντων είναι 1/6 γιατί σε διαφορετική περίπτωση και ιδιαίτερα όταν οι απόσταση των αξόνων είναι μικρή, λόγω του μικρού τόξου επαφής δημιουργείται κακή πρόσφυση και ολίσθηση. Η ολίσθηση στην ιμαντοκίνηση δεν θα πρέπει να υπερβαίνει το 2 με 3% καθοριστικό ρόλο σε αυτό παίζει η αρχική τάνυση του ιμάντα η εκτίμηση της οποίας γίνεται από το μελετητή με βάση τις οδηγίες των κατασκευαστών των ιμάντων και η ύπαρξη τανυστήρα. Η αρχική τάνυση του ιμάντα γίνεται με την απομάκρυνση των τροχαλιών με την βοήθεια ειδικών διατάξεων και μετριέται με τα κατάλληλα όργανα.

Ο τανυστήρας είναι ένας τροχός που γυρίζει ελεύθερα στον άξονά του και τοποθετείται έτσι ώστε να πιέζει τον ελκόμενο κλάδο, με αποτέλεσμα:

να αυξάνει την τάνυση

να αποφεύγεται η χαλάρωση του ιμάντα κατά την λειτουργία του

να μεγαλώνει το τόξο επαφής

να έχουμε καλύτερη λειτουργία της ιμαντοκίνησης

να υπάρχει μικρότερη καταπόνηση ατράκτων και εδράνων

Η σχέση μετάδοσης στην ιμαντοκίνηση με τανυστήρα μπορεί να είναι και μεγαλύτερη από 1/6 αφού μεγαλώνει το τόξο επαφής καθώς και η απόσταση των αξόνων σημαντικά μικρότερη από την προαναφερόμενη.