background image

WICZENIE  LABORATORYJNE  NR 9  

 

Opracowali: Wojciech Wieleba, Zbigniew Olejnik 

 
 

 

Temat: 

Badanie przekładni pasowej z pasem klinowym

 

 

 

 

Uwaga:  

Przed przyst pieniem do  wiczenia nale y zapozna  si  z poni sz  instrukcj  dotycz c  
bezpiecze stwa podczas całego toku  wiczenia.
  
Falownik  zasilany  jest  napi ciem  220  V  a  silnik  380  V,  zatem  ingerencja  w  układy 
wewn trzne zarówno falownika jak i silnika mo e stanowi  zagro enie dla zdrowia. Podczas 
pracy  stanowiska  nie  nale y  dotyka   jakichkolwiek  elementów  wiruj cych.  Przekładnia 
pasowa,  ze  wzgl du  na  mo liwo   wci gni cia  lu no  zwisaj cego  ubrania  czy  te   włosów, 
jest równie  zagro eniem dla zdrowia obsługuj cego stanowisko. 

1.  Wprowadzenie 

Du y post p w budowie przekładni pasowych powoduje,  e s  one obecnie cz sto stosowane do 

przenoszenia  rednich i małych mocy zarówno w nap dzie głównym maszyn jak i w nap dach zespołów 
pomocniczych. Przeniesienie ruchu i momentu obrotowego w tego typu przekładniach realizuje si  przez 
sprz enie  cierne  pasa  z  kołem.  Du a  podatno   samego  pasa  oraz  specyfika  sprz enia  ciernego 
umo liwiaj   łagodzenie  gwałtownych  zmian  obci enia  i  zabezpieczaj   zespoły  układu  nap dowego  i 
roboczego  przed przeci eniem  i uszkodzeniem. Ruch przekazywany jest w sposób płynny i spokojny, 
przez  co  uzyskuje  si   wzgl dnie  cich   prac .  Podatne  sprz enie  obu  kół  za  po rednictwem  pasa 
skutecznie  chroni  przed  przenikaniem  drga   z  układu  nap dzaj cego  na  nap dzany  i  na  odwrót. 
Dodatkowymi  zaletami  s :  swoboda  w  rozstawie  osi  kół  oraz  prosta  konstrukcja  i  łatwa  eksploatacja. 
Ponadto  mo liwe  jest  nap dzanie  kilku  urz dze   za  pomoc   jednej  przekładni.  Niestety  przekładnie 
pasowe maj  równie  wady, które ograniczaj  ich zastosowanie. Do takich niekorzystnych cech nale y 
zaliczy   niestało   przeło enia,  wyci ganie  si   pasa  w  trakcie  eksploatacji  (konieczno   regulacji 
naci gu), mała zwarto  konstrukcji, wra liwo  na warunki otoczenia (temperatura, obecno  olejów i 
smarów)  oraz  nieco  ni sza  sprawno   mechaniczna  ni   przekładni  z batych  i  ła cuchowych. 
Podstawowe wielko ci zwi zane z przekładni  pasow  przedstawiono na rysunku 1.  

 

 
 

background image

Podstawy Konstrukcji Maszyn 

 

-2- 

wiczenie laboratoryjne „Badanie przekładni z pasem klinowym” 

 

Rys. 1. Oznaczenia wielko ci charakterystycznych w przekładni pasowej. 
 

F

, F

b

  - siły w ci gnie czynnym i biernym,  

 

F

w

   - siła wypadkowa działaj ca na o  koła, 

 

ϕϕϕϕ  - k t odchylenia siły wypadkowej od linii ł cz cej osie kół,  

 

e 

- odsuni cie sił wypadkowych oddziałuj cych na osie kół, 

 

γγγγ   - k t pomi dzy kierunkami działania sił w ci gnach,  

 

D

sk1

D

sk2

 -  rednice skuteczne kół nap dzaj cego i nap dzanego, 

 

A

w

   - odległo  mi dzy osiami kół, 

 

ββββ  - k t opasania na mniejszym kole. 

2.  Podstawowe poj cia i wzory: 

2.1.  Siły w przekładni pasowej  

Siły w przekładni pasowej (rys. 1) zwi zane s  z siłami działaj cymi w ci gnie czynnym i biernym

  

a)  Siła wypadkowa F

w

 działaj ca na o  koła  

Siła  ta  jest  sum   wektorów  sił  działaj cych  w  ci gnie  czynnym 

F

c

  i  biernym 

F

b

.  Jej  warto  

okre la wzór: 

 

)

γγγγ

cos(

2

2

2

+

+

=

b

c

b

c

w

F

F

F

F

F

  [N] 

(1) 

gdzie: 

γ 

γ γ 

γ 

- k t pomi dzy kierunkami działania sił w ci gnach (patrz rys.1) 

W badanej przekładni k t 

γ = 0° wobec tego siła wypadkowa w tym przypadku wynosi: 

 

b

c

w

F

F

F

++++

====

 

 

 

(1a) 

b)  Siła u yteczna  

Siła  ta  wi e  si   z  momentem  przenoszonym  przez  przekładni   pasow .  Stanowi  ona  ró nic  

pomi dzy siłami w ci gnie czynnym 

F

c

 i biernym 

F

b

. Mo na j  obliczy  korzystaj c ze wzorów : 

 

1000

2

2

2

=

sk

u

D

M

F

  [N] 

 

(2) 

lub 

b

c

u

F

F

F

−−−−

====

 

[N] 

 

(3) 

gdzie:  

M

2

 – moment obci aj cy koło nap dzane (bierne) [Nm], 

 

D

sk2

 –  rednica skuteczna koła nap dzanego [mm]. 

background image

Podstawy Konstrukcji Maszyn 

 

-3- 

wiczenie laboratoryjne „Badanie przekładni z pasem klinowym” 

2.2.  Warunek sprz enia pasa z kołem  

Przeniesienie  nap du  w  przekładniach  pasowych  zachodzi  w  wyniku  sprz enia  ciernego  pasa  z 

kołem. Aby sprz enie takie wyst powało musi by  spełniony warunek okre lony wzorem Eulera: 

 

ββββ

µµµµ

'

e

F

F

b

c

 

 

 

(4)

 

gdzie: 

/2)

sin(

αααα

µµµµ

µµµµ

=

'

- pozorny współczynnik tarcia (dla przekładni z pasem klinowym), 

 

µµµµ

 - współczynnik tarcia materiału pasa po kole pasowym (guma-stal: 

µ 

µ 

µ 

µ 

≈ 0,25–0,35), 

 

αααα

 - k t rozwarcia rowka na kole pasowym (

αααα

 = 32–38º), 

 

ββββ

 - k t opasania na mniejszym kole [rad] (w badanej przekładni 

ββββ

 = 

π

 [rad]) 

2.3.  Po lizg w przekładni pasowej  

Po lizg  w  przekładni  pasowej  wynika  przede  wszystkim  z  wła ciwo ci  spr ystych  pasa. 

Napr enia  w  ci gnie  czynnym  s   wi ksze od napr e  w ci gnie biernym. Zmiana warto ci napr e  
odbywa si  na łuku opasania, w obszarze styku pasa z kołem. Równocze nie z napr eniami zmieniaj  
si   odkształcenia  a  to  z  kolei  wi e  si   ze  zmian   wydłu enia  pasa. Towarzyszy temu po lizg pasa na 
powierzchni jego styku z kołem. W konsekwencji tego zjawiska powstaje ró nica pomi dzy pr dko ci  
ci gna czynnego 

v

c

 i pr dko ci  ci gna biernego 

v

b

. Po lizg spr ysty okre la si  wzorem: 

 

%

100

1

%

100

1

1

2

2

=

=

n

D

n

D

sk

sk

b

b

c

v

v

v

ξξξξ

 

(5) 

gdzie: 

D

sk1

D

sk2

 -  rednice skuteczne kół pasowych nap dzaj cego i nap dzanego [mm], 

 

n

1

n

2

 - pr dko ci obrotowe kół pasowych nap dzaj cego i nap dzanego [obr/min]. 

Po lizg  spr ysty  wynosi  zwykle  od  1  do  2%.  Powoduje  on  m.in.  zmian   przeło enia 

kinematycznego 

u

e

 przekładni.  

 

)

(

ξξξξ

=

=

1

1

2

2

1

sk

sk

e

D

D

n

n

u

 

(6)

 

Zwi kszenie  obci enia  powoduje  wzrost  po lizgu  spr ystego.Po  przekroczeniu  warto ci  granicznej 
obci enia, wynikaj cej mi dzy innymi z warunku sprz enia pasa z kołem, nast puje po lizg trwały. 
 

2.4.  Sprawno  mechaniczna przekładni pasowej 

Sprawno  przekładni pasowej jest zwi zana ze stratami, jakie zachodz  w wyniku po lizgu pasa, 

jego  zginania  na  kołach,  tarcia  wewn trznego  oraz  oporów  aerodynamicznych.  Sprawno   przekładni 
mo na wyznaczy  do wiadczalnie korzystaj c ze wzoru: 

background image

Podstawy Konstrukcji Maszyn 

 

-4- 

wiczenie laboratoryjne „Badanie przekładni z pasem klinowym” 

 

%

100

1

1

2

2

=

n

M

n

M

ηηηη

   

(7) 

gdzie: 

M

1

M

2

 - momenty na kole nap dzaj cym i nap dzanym [Nm]. 

Sprawno  mechaniczna przekładni zale y mi dzy innymi od po lizgu spr ystego (rys.2), obci enia 
przenoszonego przez przekładni  (rys.3a) oraz pr dko ci pasa (rys.3b). 
 

 

Rys. 2. Zale no  sprawno ci przekładni pasowej 

ηηηη i po lizgu pasa ξξξξ od wska nika obci enia F

u

/(

F

c

+

F

b

 

(wg. Z. Korewa i in., PKM t.III, WNT Warszawa 1968))

 

 

   

Rys. 3. Wpływ obci enia przenoszonego (a) oraz pr dko ci pasa v (b) na sprawno  przekładni pasowej

  

(wg. J.Shepard, S.Piderit, Plant Eng., (June 9), 1983

 

 

2.5.  Pytania kontrolne: 

1.  Zalety i wady przekładni pasowych. 
2.  Omówi  rozkład sił w przekładni pasowej oraz warunek sprz enia pasa z kołem. 
3.  Omówi  poj cie po lizgu i sprawno ci w przekładni pasowej. 

 

background image

Podstawy Konstrukcji Maszyn 

 

-5- 

wiczenie laboratoryjne „Badanie przekładni z pasem klinowym” 

3.  Cel  wiczenia: 

•  Obserwacja zjawisk zachodz cych podczas przenoszenia nap du przez przekładni  pasow , 
•  Do wiadczalne  okre lenie  sprawno ci  przekładni  w  zale no ci  od  przenoszonej  mocy  dla  ró nych 

pr dko ci pasa. Sporz dzenie charakterystyki przekładni (sprawno  w funkcji pr dko ci pasa). 

4.  Przebieg  wiczenia 

4.1.  Opis stanowiska: 

Schemat stanowiska do badania przekładni pasowej z pasem klinowym przedstawiono na rys. 4.  

a)  

    b) 

 

c) 

 

Rys. 4. Stanowisko do bada  przekładni pasowej 
 

a) widok ogólny stanowiska, b) widok falownika i panelu sterowania obci eniem, c) schemat stanowiska 

 

1 - podstawa, 2 - silnik elektryczny, 3 - pr dnica (alternator), 4 pas klinowy, 5 - kołyska silnika, 6 - kołyska  

  

pr dnicy, 7 - koło pasowe nap dzaj ce, 8 - koło pasowe nap dzane, 9 - czujnik pr dko ci obrotowej,  

  

10 - pokr tło  ruby zmieniaj cej naci g pasa, 11 - wspornik pr dnicy (z naklejonymi tensometrami), 

  

12 - belka do pomiaru momentu na kole nap dzaj cym, 13 - belka do pomiaru momentu na kole nap dzanym

  

  

14 - pokr tło regulacji obrotów silnika, 15 - wł cznik główny w panelu sterowania obci eniem,  

  

16 – wł czniki odbiorników energii elektrycznej 

background image

Podstawy Konstrukcji Maszyn 

 

-6- 

wiczenie laboratoryjne „Badanie przekładni z pasem klinowym” 

Stanowisko składa si  z przekładni pasowej o przeło eniu 

u = 1, w której do przeniesienia nap du wyko-

rzystano jeden pas klinowy o przekroju „A”. Jedno z kół pasowych (7) (nap dzaj ce) jest osadzone na 
wale silnika elektrycznego  (2) a drugie (8) (nap dzane) na wale urz dzenia odbieraj cego nap d, czyli 
alternatora (3). Przekładni  pasow  nap dza silnik elektryczny pr du zmiennego. Płynn  regulacj  jego 
pr dko ci obrotowej (w zakresie od 100 do około 3500 obr/min) uzyskano dzi ki zastosowaniu falow-
nika.  Podczas  bada   mierzone  s   pr dko ci  obrotowe  zarówno  koła  nap dzaj cego  jak  i  nap dzanego. 
Zmian  mocy obci aj cej badan  przekładni  uzyskuje si  przez wł czenie w obwód elektryczny alter-
natora  kolejnych  odbiorników  (akumulatora  oraz  zespołów  arówek).  Odbywa  si   to  przy  pomocy 
wł czników znajduj cych si  w panelu sterowania obci eniem. Zarówno silnik jak i alternator zamoco-
wane s  na uło yskowanych kołyskach (5, 6), których osie obrotu pokrywaj  si  z osiami wałów silnika i 
alternatora. Wychyleniu kołysek, które wynika z wyst powania na obudowach silnika i alternatora mo-
mentów reakcji, przeciwdziałaj  belki (12, 13) przytwierdzone do podstawy stanowiska. Obci ane belki 
s  zginane a ich odkształcenia mierzy si  za po rednictwem naklejonych tensometrów. Odkształcenia te 
s  proporcjonalne do zmiany warto ci momentów 

M

1

 na wale silnika i 

M

2

 na wale alternatora. Mo liwy 

jest zatem pomiar warto ci tych momentów podczas pracy przekładni.  

Siła naci gu pasa regulowana jest poprzez zmian  rozstawu osi kół przekładni za pomoc  mecha-

nizmu  rubowego (10). Mechanizm ten odsuwa b d  przysuwa kołysk  z alternatorem wzgl dem silnika. 
Zmiany  siły  wypadkowej 

F

w

  naci gu  pasa  rejestrowane  s   za  pomoc   tensometrów  naklejonych  na 

wsporniku (11) alternatora.  

Sygnały  napi ciowe  uzyskiwane z układów tensometrów rejestrowane s  przy pomocy karty po-

miarowej  zainstalowanej  w komputerze IBM PC. Po zako czeniu do wiadczenia (serii pomiarów) wy-
niki przesyłane s  do arkusza programu MS EXCEL, w którym przeprowadzone s  dalsze obliczenia. Ich 

rezultatem  s  wykresy  przedstawiaj ce zale no  sprawno ci 

η 

η 

η 

η 

 przekładni oraz sił (F

c

F

b

F

w

F

u

) od 

momentu 

M

2

 obci aj cego przekładni , przy ustalonej pr dko ci pasa 

v

 

 

      Wybrane dane dotycz ce badanej przekładni pasowej: 

−  wymiary pasa klinowego: pas typ HA 1180 
−  przeło enie u ≅ 1 
−  wymiary kół pasowych:  rednice skuteczne D

sk1

 = 137 mm , D

sk2

 = 137 mm 

 

 

background image

Podstawy Konstrukcji Maszyn 

 

-7- 

wiczenie laboratoryjne „Badanie przekładni z pasem klinowym” 

4.2.  Przeprowadzenie bada : 

I. Czynno ci wst pne  

 

1.  Zapozna  si  z budow  stanowiska badawczego i z układami kontrolno-pomiarowymi. 
2.  Zanotowa   parametry  bada   podane  przez  prowadz cego  wiczenie  i  ustali   odpowiedni  program 

bada  - warto ci poszczególnych parametrów bada  w kolejnych pomiarach. 

3.  Wł czy  zasilanie: silnika elektrycznego (falownika), mostka tensometrycznego i komputera. 
4.  Uruchomi  w systemie Windows program „AGIMAG” obsługuj cy kart  pomiarow  oraz program 

MS EXCEL a w nim otworzy  arkusz „PKM - przekładnia pasowa”, w którym opracowywane s  na 
podstawie pomiarów wyniki bada  przekładni pasowej.  

II. Badanie sprawno ci przekładni pasowej 

 

1.  Uruchomi  silnik elektryczny i ustawi  zadan  warto  pr dko ci obrotowej 

n

1

 pokr tłem falownika. 

2.  Po ustaleniu si  warto ci momentów na wale silnika i alternatora rozpocz  rejestracj  pomiaru za 

pomoc  programu AGIMAG (klikn  myszk  na przycisk [START] w programie AGIMAG). 

3.  Po upływie czasu 20 s wł czy  akumulator w obwód wzbudzenia alternatora za pomoc  wł cznika 

głównego  znajduj cego  si   na  płycie  czołowej  panela  sterowania.  Od  tej  chwili alternator zacznie 
wytwarza   pr d  elektryczny  natomiast  akumulator  stanie  si   odbiornikiem  pr du.  Dzi ki  temu  na-
st pi wst pne obci enie przekładni pasowej niewielkim momentem. Jego wielko  zale y od warto-

ci pr du ładowania akumulatora, który wynika z jego stanu technicznego oraz stopnia naładowania.  

4.  Zwi ksza   moment  obci aj cy  przekładni   w  odst pach  czasowych  co  40  sekund  tj.  po  upływie 

czasu  60  s,  100  s,  140  s  i  180  s  od  rozpocz cia  pomiaru.  Zwi kszanie  obci enia nast puje przez 
wł czanie kolejnych odbiorników pr du za pomoc  przeł czników znajduj cych si  na płycie czo-
łowej panela sterowania. Dla ka dego ustalonego momentu obci aj cego przekładni  wyregulowa  
obroty silnika tak, aby były w przybli eniu równe obrotom ustalonym na pocz tku pomiarów.  

5.  Po upływie 200 s od rozpocz cia bada  nast puje zako czenie rejestracji pomiarów przez program 

AGIMAG  sygnalizowane  odpowiednim  komunikatem.  Nale y  wówczas  wył czy   wszystkie 
odbiorniki  pr du.  Nast pnie  zatrzyma  silnik elektryczny zmniejszaj c jego pr dko  obrotow  do 
warto ci zerowej przekr caj c odpowiednio pokr tło falownika. 

6.  Przesła   wyniki  pomiarów  do  arkusza  programu  MS  Excel  naciskaj c  klawisz  „F9”  klawiatury 

komputera.  

7.  W  arkuszu  MS  Excel  wydrukowa   wykres 

ηηηη

  =  f(M

2

)  przedstawiaj cy  zale no   sprawno ci 

ηηηη

 

przekładni  od  obci aj cego  j   momentu 

M

2

  rejestrowanego  na  wale  alternatora  przy  ustalonej 

pr dko ci pasa. 

8.  Powtarzaj c  czynno ci  1  -  7  przeprowadzi   pomiary  sprawno ci  dla  innych  wariantów  pr dko ci 

pasa (pr dko ci obrotowej koła nap dzaj cego) zgodnie z przyj tym programem bada . 

background image

Podstawy Konstrukcji Maszyn 

 

-8- 

wiczenie laboratoryjne „Badanie przekładni z pasem klinowym” 

III. Opracowanie wyników: 

 
1.  Okre li  pr dko ci pasa v [m/s], przy których otrzymano poszczególne wykresy 

ηηηη

 = f(M

2

). 

2.  Odczyta   z  otrzymanych  wykresów 

ηηηη

  =  f(M

2

)  sprawno   przekładni 

ηηηη

  dla  ustalonej  mocy 

przenoszonej przez przekładni  (np. 

P=300 W), podanej przez prowadz cego zaj cia, wykorzystuj c 

zale no ci: 

    

 

N = M

2

 

ω

ωω

ω

 

30

2

2

n

⋅⋅

=

π

ω

ωω

ω

 

3.  Sporz dzi  wykres przedstawiaj cy zale no  sprawno ci 

ηηηη

 od pr dko ci pasa v [m/s] przy ustalonej 

warto ci mocy 

N przenoszonej przez przekładni  pasow . 

IV. Wnioski 

 
1.  Okre li   wpływ  momentu 

M

2

  obci aj cego  przekładni   oraz  pr dko ci  pasa  v  na  sprawno  

ηηηη

 

przekładni.  

2.  Wyja ni   otrzymane  charakterystyki  przedstawiaj ce  zale no   sprawno ci  od  obci enia 

przenoszonego przez przekładni  oraz pr dko ci pasa. Porówna  je z przebiegami teoretycznymi 

 

 

 

 
 
Literatura 

[1] 

Osi ski Z. i inni, Podstawy Konstrukcji Maszym, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1999. 

[2] 

Dietrych J., Korewa W., Kornberger Z., Koca da S., Zygmunt K., Podstawy konstrukcji maszyn, tom 

I, II. WNT, Warszawa, 1970. 

[3] 

Dietrich M. i inni, Podstawy Konstrukcji Maszyn, t. III, PWN Warszawa 1989. 

[4] 

Lawrowski  Z.  i  inni,  wiczenia  z  podstaw  konstrukcji  maszyn  -  Poradnik,  Skrypt  PWr.,  Wrocław, 

1982. 

[5] 

Krawiec  S.,  Obliczenia  konstrukcyjne  przekładni  pasowych  i  z batych  wspomagane  komputerem

Skrypt PWr., Wrocław, 1991.