Podział kół pasowych

Koła pasowe to elementy przekładni cięgnowych, które umożliwiają ich efektywne działanie. Każde koło pasowe składa się z części roboczej, czyli bieżni oraz ramion łączących go z piastą, choć w przypadku mniejszych średnic często spotyka się koła pełne. Poszczególne konstrukcje kół pasowych różnią się od siebie, ze względu na to, do jakiej przekładni są przeznaczone. Podstawowe różnice dotyczą geometrii bieżni.

Przekładnie mechanicznych i ich charakterystyka

Większość maszyn i urządzeń potrzebuje efektywnych układów pozwalających na przenoszenie napędu od silnika do elementów ruchomych, a zazwyczaj również na zmianę charakterystyki dostarczanego przez silnik ruchu obrotowego. Konieczność zastosowania odpowiedniej przekładni może też wynikać z dążenia do zmniejszenia rozmiarów całego układu albo nietypowego ustawienia jednostki napędowej względem obracającego się podzespołu. Istnieje wiele przekładni, które zapewniają takie możliwości, a do najczęściej stosowanych należą mechaniczne przekładnie zębate, cierne oraz cięgnowe.

W przypadku przekładni zębatych moment obrotowy jest przekazywany za sprawą współpracujących ze sobą elementów w postaci kół zębatych lub połączenia koła zębatego i ślimaka. Choć są one sprawne i trwałe, to ich używanie wiąże się z pewnymi ograniczeniami, m.in. wysokim hałasem, znaczną masą, powstającymi drganiami czy koniecznością zapewnienia odpowiedniego smarowania. Przekładnie cierne działają dzięki bezpośredniemu sprężeniu między dwoma obracającymi się elementami. Przekładnie cięgnowe działają dzięki zastosowaniu elastycznego cięgna, które opasując czynne koło pasowe, przekazuje moment obrotowy na koło bierne. Najważniejszymi zaletami takiego rozwiązania jest niewielka masa i rozmiary, dobra sprawność oraz stosunkowo niewielki koszt – wyjaśnia ekspert z firmy Wilhelm Herm. Müller, która specjalizuje się w technice napędowej, transportowej oraz tłumieniu drgań.

Przekładnia cięgnowa może wykorzystywać różne elementy elastyczne i działać wykorzystując sprzężenie cierne albo mechaniczne. Bardzo popularne są przekładnie łańcuchowe, w których moment obrotowy jest przenoszony za pomocą sztywnego wzdłużnie, lecz elastycznego w płaszczyźnie poprzecznej łańcucha, złożonego z ogniw pozwalających na opasanie koła zębatego. Między cięgnem a zębami koła zachodzi sprzężenie kształtowe, za którego pośrednictwem nacisk mechaniczny zmienia się w ruch łańcucha, a na kole napędzanym ponownie w nacisk. Nieco rzadziej wykorzystywane są przekładnie linowe, w których przenoszenie napędu odbywa się dzięki sprzężeniu ciernemu liny i kół. Najpowszechniej wykorzystywaną przekładnią cięgnową jest jednak przekładnia pasowa. W tym przypadku napęd jest przekazywany za pomocą poruszającego się elastycznego pasa, który opasuje koło napędowe i napędzane wykorzystując sprzężenie cierne lub kształtowe. Z tarcia pojawiającego się między powierzchnią koła pasowego a samym pasem korzystają przekładne z pasami płaskimi, klinowymi oraz okrągłymi. Tam, gdzie pojawia się sprzężenie kształtowe mamy do czynienia z pasami uzębionymi.

Rodzaje kół pasowych w przekładniach cięgnowych

Ponieważ każda przekładnia składa się ze współpracujących ze sobą koła napędowego (czynnego) oraz koła albo kół napędzanych (biernych), a także cięgna, wszystkie te elementy muszą być do siebie odpowiednio dopasowane. Oznacza to, że różnice będą występowały nie tylko w strukturze samych cięgien, ale też w budowie kół pasowych. W przypadku przekładni z pasem płaskim koło pasowe będzie miało gładką część roboczą, która może być płaska, posiadać niewielką wypukłość w swej części środkowej, jak również składać się z odcinków prostoliniowych. Przekładnia z pasem płaskim może być wyposażona w koła pasowe płaskie, wypukłe lub płasko wypukłe. Wielką zaletą przekładni pasowych z pasami płaskimi jest możliwość dość swobodnej zmiany płaszczyzny, w której pracują koło napędowe i napędzanie, za sprawą dodatkowych rolek kierujących. Minusem będzie natomiast konieczność dbania o dobre napięcie pasa. Przekładnie pasowe z pasami płaskimi są dziś najczęściej używane w wysoko wydajnych maszynach przemysłowych, do przenoszenia napędu oraz jako elementy transportowe w systemach transportu bliskiego.

Rodzajem przekładni pasowej, która jest stosowana niezwykle często, okazuje się być przekładnia z pasem klinowym. Klinowe koło pasowe używane w takich przekładniach ma bardzo charakterystyczną budowę. W jego części roboczej, czyli w wieńcu, na całym obwodzie znajduje się rowek z dwoma przeciwległymi ścianami tworzącymi kąt 34, 36 albo 38° w zależności od średnicy koła. Przy kołach o większych rozmiarach kąt rozwarcia rowka pasowego jest większy, ponieważ pas klinowy, który ma przekrój trapezu z ramionami ustawionymi pod kątem 40°, odkształca się w takim przypadku w mniejszym stopniu. Jeśli koło pasowe ma być bardzo małe, to zniekształcenie profilu pasa klinowego będzie większe, a wówczas stosuje się koła pasowe z rowkiem o kącie 32°. Warto pamiętać, że za kontakt koła pasowego z pasem odpowiadają boczne płaszczyzny rowka pasowego i boki pasa. Pas nie może dotykać dna rowka, a jego górna część nie powinna wystawać ponad wieniec ze względu na możliwość uszkodzenia bocznych powierzchni pasa.

Konstrukcja koła do przekładni z pasami klinowymi to jednak nie tylko kwestia kąta między powierzchniami bocznymi rowka, ale również ich rozstaw. Poza pasami i kołami normalnoprofilowymi ze standardową szerokością rowka produkowane są również wąsko- i szerokoprofilowe. W pierwszym przypadku wysokości pasa do szerokości podziałowej (czyli wysokości ok. 4/5, gdzie znajduje się kord) wynosi 0,9. Przy padach szerokoprofilowych stosunek wysokości do szerokości podziałowej wynosi między 0,5 a 0,3.

Przekładnie z pasami klinowymi to nie tylko tradycyjne pasy klinowe, ale także pasy i koła wieloklinowe. W takim przypadku koło pasowe ma wiele rowków o identycznej geometrii, tzw. koło pasowe klinowe wielokrotne, a pas składa się z odpowiedniej ilości elementów połączonych ze sobą elastomerem. Przy tego rodzaju rozwiązaniach szczególnie duże znaczenie ma równoległość osi obrotu, ponieważ w przeciwnym razie obciążenia nie rozkładają się równomiernie i część pasa ulega znacznie szybszemu zużyciu. Plusem stosowania pasów i kół wieloklinowych jest to, że za sprawą większej powierzchni styku mogą one przenosić wyższe momenty obrotowe i wytrzymywać większe obciążenia.

Rozwiązaniem, które łączy w sobie zalety przekładni pasowej, a zatem niewielkie wymiary, niewielką wagę i niski poziom hałasu z korzyściami płynącymi z używania przekładni zębatej, czyli m.in. możliwość pracy z wysokimi prędkościami są zębate przekładnie pasowe. W tym przypadku zarówno sam pas, jak i koło pasowe ma odpowiednie uzębienie, podobne do tego, jakie stosuje się na kołach zębatych. Przekładnia tego typu pracuje za sprawą sprzężenia kształtowego. Koła pasowe zębate przekładni mają taką ilość zębów, która umożliwia uzyskanie odpowiedniego przełożenia. Uzębienie stosowane w zębatych kołach pasowych najczęściej ma kształt ewolwentowy, jeśli przenosi duże obciążenia lub trapezowy, a boczne elementy wieńca wystają ponad pas, tak by zapobiec jego zsuwaniu się.

Stosowanie przekładni zębatych oznacza nie tylko możliwość pracy z dużymi prędkościami obrotowymi oraz przekazywanie sporych momentów obrotowych, ale również pozwala na łatwą synchronizację działania poszczególnych elementów, na tej samej zasadzie co tradycyjne koła zębate. Układy z pasami zębatymi są więc często wykorzystywane we wszelkiego rodzaju silnikach, np. do napędzania rozrządu oraz maszynach i urządzeniach stosowanych w przemyśle.