Niewłaściwe ustawienie, brak współosiowości w przekładniach pasowych to jedna z najpowszechniejszych przyczyn uszkodzenia stosowanych w nich pasów transmisyjnych. Zależnie od rodzaju pasów, takie niewłaściwe ustawienia mogą prowadzić do stopniowej redukcji ich funkcjonalności, przyspieszając zużycie i zwiększając zmęczenie materiału, z jakiego pasy są wykonane. Przy dłuższym czasie utrzymywania się niewspółosiowości pasy takie mogą zostać całkowicie zniszczone.
Rodzaje współosiowości i niewspółosiowości
Zasadniczo każde odchylenie elementów przekładni pasowej od wspólnej osi, kątowe bądź też równoległe, zmniejsza okres normalnego użytkowania pasa transmisyjnego takiej przekładni (rysunek 1).
Rysunek 1. Rodzaje niewspółosiowości – kątowa i równoległa
Wystąpienie kątowego odchylenia od wspólnej osi skutkuje przyspieszonym zużyciem pasa i rowkowego koła pasowego oraz stwarza potencjalne problemy z utrzymaniem stabilności pracy poszczególnych pasów transmisyjnych typu V (trapezoidalnych). Z sytuacją tą wiąże się również bezpośrednio problem nierównomiernego obciążenia pasa lub poszczególnych pasów w przekładni (nierówny rozkład obciążenia mechanicznego), co może prowadzić do przedwczesnego zniszczenia przekładni. Przy pracy w warunkach niedopasowania pasy typu V mogą ulegać rozciąganiu. Inżynierowie zajmujący się projektowaniem i realizacją przekładni pasowych ostrzegają, że kątowy brak współosiowości ma szczególnie niekorzystny wpływ na poprawną pracę tzw. pasów synchronicznych. Typowymi objawami takiego niedopasowania są: znaczne siły naprężające pasy, nierównomierne zużywanie się zębów/powierzchni między zębami pasów, zużycie krawędzi pasów, głośna praca przekładni oraz awarie wynikające z nadmiernych naprężeń spowodowanych nierównomiernym rozkładem obciążenia na poszczególnych pasach. Warto pamiętać, że szerokie pasy synchroniczne są znacznie bardziej czułe na pojawienie się niewspółosiowości kątowej niż pasy wąskie.
Zjawisko równoległego odchylenia od wspólnej osi przekładni również skutkuje przyspieszonym zużyciem pasa i rowkowego koła pasowego oraz stwarza potencjalne problemy z utrzymaniem stabilności pracy poszczególnych pasów transmisyjnych typu V. Jednakże nierównomierność obciążenia poszczególnych pasów w przekładni nie jest już tak znacząca jak w przypadku niewspółosiowości kątowej. Niewspółosiowość równoległa w znacznie większym stopniu niekorzystnie oddziałuje na pasy typu V niż na pasy synchroniczne. Dzieje się tak dlatego, że pasy typu V poruszają się w ustalonych rowkach kół przekładni, podczas gdy szerokie pasy synchroniczne mogą przemieszczać się w pewnym zakresie po powierzchni kół, między kołnierzami ograniczającymi. Niewspółosiowość równoległa nie jest więc zasadniczo wielkim problemem w przypadku zastosowania pasów synchronicznych, do momentu, gdy pas nie zostanie ściągnięty lub nadmiernie rozluźniony pomiędzy kołnierzami dwóch kół przekładni oraz jeżeli porusza się on w całości po powierzchni obu tych kół. Koła do przekładni synchronicznych projektuje się i dobiera tak, by ich szerokość była większa od szerokości stosowanych pasów, właśnie po to, by zapobiec wystąpieniu problemów związanych z niedopasowaniem, niewspółosiowością przekładni oraz by pozostawić pewien margines tolerancji ustawień całej przekładni w trakcie jej montażu. Jeżeli tylko szerokość obu kół przekładni będzie większa od szerokości pasa transmisyjnego, będzie on automatycznie dopasowywał się do ewentualnych przesunięć kół, poszukując najbardziej komfortowej pozycji pracy (przeniesienia napędu) na każdym z kół. Normalnym stanem pracy pasów synchronicznych w przekładniach jest lekki ich kontakt z jednym z kołnierzy koła takiej przekładni. W praktyce pasy synchroniczne rzadko znajdują się dokładnie pośrodku kół przekładni.
Pomiary niewspółosiowości
Najlepszym narzędziem do pomiarów niewspółosiowości w przekładniach pasowych jest laserowy miernik współosiowości. Jeżeli jednak nie dysponuje się tego typu urządzeniem, następny w kolejności jest prosty liniowy przymiar, wykonany z paska tłoczonego aluminium, linijka lub w ostateczności kawałek sznurka, zależnie od odległości pomiędzy kołami przekładni (rys. 2). Przymiar liniowy stosowany jest w celu ustalenia jednego z kół przekładni jako płaszczyzny odniesienia dla prowadzonych pomiarów. W czasie działań przygotowawczych do pomiarów niewspółosiowości równoległej technicy utrzymania ruchu powinni najpierw sprawdzić, czy krawędzie obu kół przekładni są tej samej grubości lub oszacować różnicę tej grubości. Czynność ta jest niezbędna dla prawidłowego ustawienia rowków lub płaszczyzn roboczych kół przekładni w jednej linii, zamiast zrównywania ze sobą zewnętrznych płaszczyzn tychże kół. W niektórych przypadkach konieczne może okazać się zamontowanie niektórych kół z uwzględnieniem pewnego zapasu, w celu odpowiedniego, osiowego ustawienia rowków lub płaszczyzn roboczych kół przekładni. Sprawdzona powinna być również płaszczyzna kołnierzy kół przekładni. Zagięcie kołnierza może powodować błędy pomiarowe, w przypadku oparcia przymiaru na zewnętrznej krawędzi takiego zniszczonego koła, w trakcie prowadzenia pomiarów współosiowości.
Rysunek 2. W celu łatwego sprawdzenia występowania niewspółosiowości przymiar liniowy powinien być przyłożony równo z płaszczyzną boczną jednego z kół przekładni (lub kołnierza na kole)
W celu oszacowania, jaki stopień niewspółosiowości jest dopuszczalny, a jaki jest już sytuacją awaryjną, po pierwsze należy zmierzyć współosiowość przekładni, a następnie porównać ją i oszacować, odnosząc wartości zmierzone do zalecanych przez producenta konkretnych, wybranych pasów transmisyjnych. Parametry takie można znaleźć w instrukcjach obsługi napędów i przekładni mechanicznych.
Obliczanie niewspółosiowości
Niewspółosiowości mogą być klasyfikowane zarówno przy wykorzystaniu dokładnych metod matematycznych, jak i przez zastosowanie prostych, ogólnie przyjętych zasad działania przekładni, w celu szybkiego uzyskania rezultatów pomiaru (nie zawsze dokładnych). W przypadku wykorzystania płaszczyzny krawędzi koła lub też płaszczyzny zewnętrznej jednego z kół przekładni (koło nr 1) jako płaszczyzny odniesienia, niewspółosiowość kątowa może być obliczona jako różnica w prześwicie pomiędzy przymiarem a zewnętrzną powierzchnią koła nr 2, dzielona przez średnicę takiego koła (rys. 3).
Rysunek 3. Pomiar niewspółosiowości kątowej odzwierciedla kąt pomiędzy płaszczyzną boczną jednego z kół przekładni (lub kołnierza na kole) a przymiarem liniowym ułożonym równo z płaszczyzną boczną koła referencyjnego (odniesienia)
Niewspółosiowość równoległa natomiast może być oszacowana jako różnica w prześwicie pomiędzy przymiarem a zewnętrznymi powierzchniami obu kół przekładni, podzielona przez odległość między osiami obrotu tych kół (rys. 4).
Rysunek 4. Pomiar niewspółosiowości równoległej określa wartość przesunięcia równoległego pomiędzy powierzchniami bocznymi kół przekładni pasowej, liczony względem jednego z tych kół (odniesienia)
Całkowita dopuszczalna niewspółosiowość dla pasów typu V wynosi ½ stopnia. Jeżeli wiadomo, że stosowane w przekładni pojedyncze pasy typu V mają możliwość prawidłowej pracy (bez niestabilności przekładni) nawet przy większych poziomach niewspółosiowości, ustawienie takiego właśnie maksymalnego kąta zwiększa żywotność pasów.
Całkowita dopuszczalna niewspółosiowość dla pasów synchronicznych, 60-stopniowych uretanowych, i dla przekładni z wieloma pasami typu V wynosi ¼ stopnia. Tego typu przekładnie są bowiem mniej odporne na wystąpienie niewspółosiowości niż klasyczne przekładnie z pasem typu V i dlatego też muszą mieć dokładnie ustawioną współosiowość.
W przypadku stwierdzenia, że współosiowość systemu przekładni z pasami typu V jest ustawiona w oparciu o takie zalecenia, pomiary ewentualnych niewspółosiowości kątowych lub równoległych muszą być przeprowadzone indywidualnie, a następnie zsumowane. Dopiero taka całkowita wartość odchylenia kątowego lub równoległego powinna być porównywana z parametrami zalecanymi przez producenta konkretnego napędu czy przekładni.
Jak już wspominano wcześniej, by zapobiec wystąpieniu problemów związanych z niedopasowaniem, niewspółosiowością, koła do przekładni z pasami synchronicznymi wykonuje się tak, by szerokość ich powierzchni roboczej była większa od szerokości stosowanych pasów synchronicznych. Ten dodatkowy zapas powierzchni koła pozwala na to, by pas mógł przemieszczać się swobodnie po powierzchni roboczej koła.
Ponieważ pasy synchroniczne są szczególnie wrażliwe na ściąganie/rozciąganie pomiędzy kołnierzami dwóch kół przekładni, muszą być zainstalowane w taki sposób, by był prześwit pomiędzy krawędzią pasa a tymi właśnie kołnierzami po obu stronach koła. Jeżeli taki prześwit istnieje, w obliczeniach niewspółosiowości można pominąć składnik związany z niewspółosiowością równoległą.
Proste, praktyczne zasady szacowania niewspółosiowości
W celu ustalenia czy niewspółosiowość przekładni pasowych przekracza dopuszczalne granice i stanowi zagrożenie dla prawidłowej pracy przekładni, nie zawsze konieczne jest prowadzenie bardzo dokładnych pomiarów i obliczeń. W praktyce dość trudne jest również obserwowanie niewielkich odchyleń, rzędu ½ czy ¼ stopnia. Znacznie prościej zastosować do obliczeń praktycznych ogólnie obowiązujące zasady, omówione w następującym przykładzie:
-
Dla pasów typu V: kąt ½ stopnia odpowiada w przybliżeniu 25 mm na 30,5 cm długości osi centralnej przymiaru.
-
Dla pasów synchronicznych, 60-stopniowych i wielopasowych typu V: kąt ¼ stopnia odpowiada w przybliżeniu 15 mm na 30,5 cm długości osi centralnej przymiaru.
Reguły te mogą być wykorzystane do oszacowania wartości kątowego lub równoległego odchylenia, zamiast precyzyjnych obliczeń ich wartości.
Na przykład dla synchronicznej przekładni pasowej, budowanej zgodnie z zaleceniami producenta dotyczącymi dopuszczalnych granic niewspółosiowości, odległość od zewnętrznej powierzchni do osi środkowej przekładni nie powinna być większa niż 15 mm przy średnicy koła 30,5 cm. Dla koła o średnicy 15,25 cm różnica ta nie powinna przekraczać 7,5 cm. Jeżeli zaś jest ona większa lub też obliczony kąt odchylenia przekracza zalecaną wartość ¼ stopnia, należy ponownie ustawić współosiowość takiej przekładni.
Niewspółosiowość może być bardzo poważną przeszkodą w uzyskaniu zadowalających efektów pracy przekładni z pasami typu V i synchronicznymi. W wielu skomplikowanych mechanizmach napędowych taka niewspółosiowość jest trudna do identyfikacji. Prócz samych przekładni technicy utrzymania ruchu powinni sprawdzać również poprawność działania innych, współpracujących z przekładniami elementów, jak wsporniki, ramiona naciągające i inne, w celu odpowiedniego ich dopasowania do mechanizmów napędowych. Powinny one być wystarczająco wytrzymałe, by mogły przeciwstawić się maksymalnym siłom przenoszonym przez przekładnie pasowe, bez ulegania zginaniu lub innego rodzaju deformacjom.
UR
Artykuł pod redakcją Andrzeja Ożadowicza
