Mecanismele de transmisie prin lant

MECANISMELE DE TRANSMISIE PRIN LANT

Transmisia prin lant se utilizeaza la actionarea manuala a palanelor, antrenarea arborilor paraleli in cutii de viteze, la masini rutiere, la masini agricole, la troliile instalatiilor de foraj etc.

Lanturile sunt organe de masini simple.Transmisiile prin lant servesc la transmiterea miscarii si a momentului de torsiune intre doi sau mai multi arbori paraleli.

1.1CARACTERIZARE. DOMENII DE FOLOSIRE A MECANISMELOR DE TRANSMISIE PRIN LANT

Transmisiile prin lant fac parte din categoria transmisiilor mecanice indirecte si servesc la transmiterea miscarii si a momentului de torsiune intre doi sau mai multi arbori paraleli.

O transmisie prin lant se compune din rotile de lant, lantul care infasoara rotile de lant si angreneaza cu dintii acestora (fig. 1) dispozitive de intindere, dispozitive de ungere si carcase sau aparatori de protectie.

Figura 1. Partile componente ale transmisiei cu lant

Lantul este format din zale, articulate intre ele, care ii asigura flexibilitatea necesara pentru infasurarea pe rotile de lant.

Avantajele transmisiilor prin lant sunt: posibilitatea folosirii intr-un domeniu larg de distante intre axe; posibilitatea transmiterii unor momente de torsiune mari; realizarea unor rapoarte de transmitere medii constante; randament ridicat (η = 0,960,98); incarcari relativ reduse pe arbori; posibilitatea inlocuirii usoare a lantului; posibilitatea transmiterii miscarii la mai multi arbori condusi; posibilitatea functionarii in conditii grele de exploatare (praf, umiditate, temperature ridicate).

Dintre dezavantajele transmisiilor prin lant, cele mai importante sunt: neuniformitatea

miscarii rotii (rotilor) conduse ca urmare a infasurarii lantului pe rotile de lant dupa un contur

poligonal care produce sarcini dinamice suplimentare, vibratii si zgomot in functionare; uzura

inevitabila in articulatii, care duce la marirea pasului, impunandu-se folosirea dispozitivelor de

intindere; necesita o precizie mai ridicata de montare si o intretinere pretentioasa, comparativ cu

transmisiile prin curele.

Transmisiile prin lant se utilizeaza cand se impun distante medii intre axe, care nu se pot

realiza prin angrenaje si cand nu este permisa alunecarea, situatie in care nu pot fi folosite

transmisiile prin curele. Se folosesc in constructia masinilor agricole, de transport (biciclete,

motorete, motociclete) si la unele utilaje (in siderurgie, in constructii etc.).

1.2CLASIFICAREA SI CARACTERIZAREA LANTURILOR DE TRANSMISIE

Lanturile de transmisie se executa cu pasi mici, pentru reducerea sarcinilor dinamice si cu

articulatii rezistente la uzura, pentru marirea duratei de functionare.

Clasificare

• lanturi cu bolturi (de tip Gall)
• lanturi cu bucse
• lanturi cu role cu zale normale
• lanturi cu role cu zale lungi
• lanturi pentru conveioare
• lanturi de ridicat
• lanturi de variator (PIV)
• lanturi cu eclise dintate

Lanturile cu bolturi (de tip Gall) se executa din eclise si bolturi (fig. 2.2). Eclisele exterioare 1 se preseaza pe bolturile 3, formand cu acestea un cadru, iar eclisele interioare 2 formeaza articulatii cu bolturile 3 (fig. 2, c); capetele bolturilor se nituiesc. Deoarece suprafata de contact in articulatii este redusa, ceea ce duce la o uzura accentuata, aceste lanturi se recomanda la sarcini mici si viteze reduse (v < 0,3 m/s pentru lanturile cu zale scurte, constructie grea; v < 0,2 m/s pentru lanturile cu zale lungi, constructie usoara). Se executa cu joc intre eclise, in variantele cu eclise simple (fig. 2, a) sau multiple (fig. 2.2, b).

Figura 2. Lanturile cu bolturi (de tip Gall)

Lanturile cu bucse (fig. 3) se compun din eclise, bolturi si bucse, eclisele exterioare 1 fiind presate pe bolturile 3, iar cele interioare 2 pe bucsele 4. Din punct de vedere functional, eclisele exterioare si bolturile, respectiv eclisele interioare si bucsele, formeaza elemente cinematice distincte, articulate intre ele (fig. 3, b). Datorita suprafetei de contact mai mare dintre bolturi si bucse, aceste lanturi se recomanda la sarcini medii si viteze sub 3 m/s.

Figura 3. Lanturile cu bucse

Lanturile cu role (fig. 4) se deosebesc de lanturile cu bucse datorita rolelor 5, montate liber pe bucse. Schema functionala din fig. 3, b este completata cu role si este prezentata in fig. 4, b.

La aceste transmisii, angrenarea lantului cu dintii rotilor de lant se realizeaza prin rostogolirea rolelor pe flancurile dintilor, frecarea de alunecare, caracteristica lanturilor cu bucse, fiind inlocuita cu frecarea de rostogolire, caracterizata prin pierderi energetice mult mai mici (randamentul transmisiei creste). Lanturile cu role se folosesc la viteze mai mari, cu uzuri mai reduse ale dintilor rotilor de lant, decat in cazul lanturilor cu bucse.

Figura 4. Lanturile cu role

Se executa intr-o mare varietate de forme si dimensiuni, pentru a putea fi folosite intr-un

domeniu larg de sarcini de transmis si viteze de functionare. Lanturile de uz general cu role si zale scurte cu un rand de zale (fig. 4, a), cu doua randuri de zale (fig. 4, c) si cu trei randuri de zale (fig. 4, d) se utilizeaza la sarcini mari si viteze ; pentru biciclete, motorete si

motociclete, se folosesc lanturile cu role si zale scurte cu p = 12,70 mm. La sarcini mari, cu socuri frecvente si viteze mici sau medii se folosesc lanturile de tip Rotary, cu eclise cotite (fig. 2.4, e), iar la sarcini si viteze medii, lanturile cu role si zale lungi.

Pentru realizarea unei miscari cat mai uniforme a rotii (rotilor) conduse, se evita folosirea

lanturilor cu pasi mari, preferandu-se lanturile cu doua randuri (lanturi duble) sau cu trei randuri

(lanturi triple), cu pasi mici (v. fig. 4, c si d).

La formarea sau la scurtarea lantului, se folosesc zalele de legatura, asigurate axial prin

presarea eclisei pe bolt (fig. 5, a), utilizarea unui sistem elastic de siguranta (fig. 5, b) sau prin

utilizarea cuielor spintecate (fig.5, c). La un numar impar de zale, la lanturile cu bucse si cu role,

se folosesc eclise speciale de legatura (fig. 5, d), fapt pentru care se recomanda, pentru aceste

lanturi, folosirea unui numar par de zale. La lanturile Rotary nu se impune aceasta recomandare,

datorita formei ecliselor.

Figura 5.

Formarea si tehnologia de executie a elementelor componente ale lantului sunt simple,

bolturile, bucsele, eclisele si rolele executandu-se pe masini de precizie si productivitate ridicate.

Bolturile se executa cilindric, iar la lanturile cu pasi mari, pentru a se evita rotirea ecliselor

exterioare, se executa, in zona de capat (la imbinarea boltului cu eclisa), aplatizari (v. fig. 2.3, a).

Bucsele se executa din teava sau in constructie sudata, pentru lanturile de dimensiuni mari, se vor prevedea si aplatizari pentru evitarea rotirii ecliselor interioare fata de bucse; si rolele se executa din teava.

Eclisele, executate prin stantare, au un contur in forma de 8, pentru a se apropia de un corp de egala rezistenta la tractiune.

Lanturi cu eclise dintate (fig. 68) sunt formate din mai multe randuri de eclise, care au la capete dinti si sunt articulate prin bolturi. Dintii ecliselor angreneaza cu dintii rotilor de lant. Cel mai frecvent, atat dintii rotilor de lant cat si dintii ecliselor au profilul trapezoidal, flancurile acestora fiind rectilinii, dar exista si constructii la care profilul dintilor rotilor de lant este in arc de cerc sau in evolventa.

Imbinarea capetelor lantului se realizeaza cu ajutorul bolturilor de legatura, care realizeaza fixarea axiala a ecliselor cu ajutorul cuielor spintecate.

Pentru a se evita alunecarea laterala a lantului (de-a lungul dintilor rotilor de lant), acesta se ghideaza axial fata de roata (roti) cu ajutorul unor eclise centrale, executate sub forma unor placute (fig. 6, a), care intra intr-un canal central executat la mijlocul rotii de lant (fig. 6, c) sau cu ajutorul unor eclise laterale de ghidare (fig. 6, b), pentru care nu sunt necesare canale de ghidare (fig. 6, d).

Ca si la celelalte tipuri de lanturi, durabilitatea depinde de rezistenta la uzura a articulatiilor lantului.

Posibilitatile de obtinere a articulatiilor bolt-eclise sunt urmatoarele:

bolturile si eclisele formeaza articulatii, prin contact direct sau prin contactul dintre bucse

presate la capete pentru grupuri de doua (fig. 6, a si b) sau trei eclise. Suprafata de contact, in

acest caz, este relativ mica, asemanatoare cu cea realizata la lanturile Gall (v. fig. 2), fapt pentru care solutia nu este agreata tehnic, din cauza uzurilor pronuntate, frecarea in zona de contact fiind de alunecare;

Figura 6. Lanturi cu eclise dintate

articulatiile realizate cu ajutorul bolturilor cilindrice si a unor bucse segmentate (fig. 7),

care asigura o suprafata de contact mai mare intre piesele aflate in miscare relativa, marind

capacitatea de incarcare a transmisiei; bucsa segmentata 1 este presata in locasul executat in eclisa 3, iar bucsa segmentata 2 este presata in locasul executat in eclisa 4; pentru ca zalele sa se

poata roti relativ la intrarea si iesirea lantului in si din contact cu dintii rotilor de lant in eclise se executa niste locasuri mai mari, in zona diametral opusa celei in care este presat segmentul de bucsa;

Figura 7. Articulatiile realizate cu ajutorul bolturilor cilindrice si a unor bucse segmentate

articulatiile formate din prisme (fig. 8, a) inlocuiesc frecarea de alunecare prin frecare cu

rostogolire, reducandu-se mult uzurile si deci marindu-se durabilitatea transmisiei; articulatiile lantului din fig. 8, b sunt de tip cantar; indiferent de forma celor doua prisme care formeaza articulatia, fiecare fiind solidara cu eclisele unei zale, este posibila rotirea relativa dintre zale.

Figura 8. a. Articulatiile formate din prisme; b. articulatiile lantului de tip cantar

La transmisiile prin lanturi cu eclise dintate, contactul dintre dintii rotilor de lant si lant se realizeaza pe fetele frontale ale dintilor ecliselor, fapt pentru care sarcinile dinamice in transmisie sunt mai mici decat la lanturile clasice (la care contactul se realizeaza intre dinti si role sau bucse), aceste lanturi utilizandu-se la viteze mai mari

1.3 ELEMENTE CINEMATICE SI GEOMETRICE ALE LANTURILOR SI A

ROTILOR DE LANT

Viteza medie a lantului, in m/s, se determina cu relatia,

(1)

in care: z este numarul de dinti ai rotii de lant, p pasul lantului, in mm; n turatia rotii de lant, in rot/min; v_a viteza admisibila a lantului.

Viteza instantanee a lantului, pentru o viteza unghiulara a rotii de lant conducatoare constanta, este variabila, datorita faptului ca lantul infasoara rotile dupa un contur poligonal. In fig. 9, ad este prezentata succesiunea fazelor caracteristice procesului angrenarii dintre un dinte al rotii conducatoare si lant, la o rotire a rotii cu un unghi la centru corespunzator unui pas, de 360⁰/z.

La intrarea rolei lantului in contact cu dintele rotii, in punctul 1 (fig. 2.9, a), viteza periferica constanta a rotii v_p se transmite articulatiei lantului, a carei miscare poate fi privita ca o deplasare dupa doua directii: o directie longitudinala (in lungul ramurii lantului) si alta normala pe ramura lantului (punctul 2 din fig. 9, b). Pe aceste directii, articulatia lantului se deplaseaza cu vitezele v_l, respectiv v_n, viteze care sunt componentele vitezei v_p a rotii.

In raport cu unghiul ф dintre normala la directia ramurii lantului si raza vectoare a articulatiei (v. fig. 9, b), cele doua componente ale vitezei se calculeaza cu relatiile:

(2)

Figura 9. Fazele procesului angrenarii dintre un dinte al rotii conducatoare si lant

Cand articulatia ajunge dupa rotirea rotii cu unghiul 1800/z in punctul 3 (fig. 9, c),

unghiul ф= 0, deoarece raza vectoare a articulatiei coincide cu normala la ramura lantului. In acest punct viteza v_l are valoarea maxima v_{l max}, egala cu viteza periferica a rotii v_p, viteza normala v_n devenind nula.

Dupa ce articulatia depaseste punctul 3, componenta v_l se micsoreaza, pastrandu-si directia si sensul, iar componenta v_n isi schimba sensul, astfel incat in punctul 4 (fig. 9, d), dupa rotirea rotii cu unghiul 360⁰/z, la unghiul j = 180⁰/z, viteza vl are valoarea minima v_{l min}, egala cu cea din punctual de intrare 1, iar viteza v_n are valoarea maxima v_{n max}, egala si de sens contrar celei din punctul de intrare 1.

Relatiile (2) sunt reprezentate grafic in fig. 9, e, tinand seama de intervalul de variatie al

unghiului ф, intre фmax = +180⁰/z si фmin = -180⁰/z, corespunzator rotirii rotii cu un unghi de 360⁰/z.

Pe acest interval, viteza v_l prezinta o crestere de la o valoare minima v_{l min} (la ф= 180⁰/z) la o valoare maxima v_{l max}= v_p (la ф =0), apoi o descrestere la aceeasi valoare v_{l min}. Aceasta variatie este ciclica, repetandu-se pe fiecare interval de rotatie egal cu 360⁰/z si produce accelerari si decelerari ale lantului, introducand sarcini dinamice in transmisie. In aceste conditii, roata condusa va avea o miscare de rotatie neuniforma , preluand accelerarile si decelerarile lantului.

Pe acelasi interval, viteza normala v_n variaza intre v_{n max} si v_{n max}, introducand oscilatii ale ramurii lantului. La reluarea ciclului, in momentul intrarii unei noi zale in contact cu dintele rotii conducatoare, datorita saltului vitezei vn de la v_{n max} la v_{n max}, acest contact are loc cu soc.

Deoarece valorile extreme ale celor doua componente ale vitezei sunt dependente atat de

viteza periferica a rotii cat si de pasul lantului, pentru a micsora sarcinile dinamice, zgomotul si

uzura articulatiilor, se limiteaza viteza lantului si se recomanda utilizarea lanturilor cu pasi cat mai mici (pe doua sau trei randuri).

Raportul de transmitere mediu se calculeaza cu una din relatiile:

(3)

in care: sunt vitezele unghiulare ale rotilor de lant; n_1,2 turatiile rotilor; D_d1, D_d2 diametrele de divizare ale rotilor.

Raportul de transmitere, ca urmare a variatiei vitezei rotii conduse, este variabil, in calculi considerandu-se o valoare medie. Valorile raportului de transmitere sunt limitate de dimensiunile de gabarit ale transmisiei, recomandandu-se , iar la transmisiile cu functionare lenta

Numerele de dinti ai rotilor de lant Numarul minim de dinti ai rotii mici z₁ este limitat de

uzura articulatiilor, de sarcinile dinamice si de zgomotul produs in functionarea transmisiei; la

numere mici de dinti creste neuniformitatea miscarii. Valorile minime ale lui z₁ se aleg in functie de raportul de transmitere i, pentru lanturile cu role si cele cu bucse, respectiv in functie de pas si

turatia maxima admisa la roata conducatoare, pentru lanturile cu eclise dintate.

Numarul maxim de dinti ai rotii conduse z₂ = iz₁ se limiteaza la 100120 in cazul lanturilor cu bucse sau role si la 120140 in cazul lanturilor cu eclise dintate. La valori mari ale lui z₂, chiar o alungire redusa a lantului aparuta in urma uzarii articulatiilor duce la o deplasare a lantului in lungul profilului dintilor rotii de lant si la o angrenare incorecta.

Pasul lantului reprezinta distanta dintre centrele a doua articulatii invecinate, valorile acestuia fiind standardizate; pasul reprezinta parametrul de baza al lantului.

Pasul lantului influenteaza gabaritul transmisiei, sarcinile dinamice, zgomotul in functionare, neuniformitatea miscarii si turatia limita a rotii mici, micsorarea acestuia putandu-se obtine prin folosirea lanturilor pe mai multe randuri.

Diametrele cercurilor de divizare ale rotilor de lant (fig. 10)

Figura 10. Diametrele cercurilor de divizare ale rotilor de lant

se determina cu relatiile :

(4)

Distanta dintre axe preliminara A_prel se alege respectand conditia

Amin < Aprel < Amax, (5)

in care A_min se stabileste din conditia ca unghiul sub care lantul infasoara roata mica sa fie minim 120⁰, iar A_max din conditia ca sageata ramurii antrenate sa nu aiba valori prea mari.

Cand nu este impusa, din considerente de gabarit, distanta dintre axe se alege

A_prel = A_optim = (3050) p. (6)

Unghiurile de infasurare a lantului pe rotile de lant (fig. 11) se determina cu relatiile:

Figura 11. Unghiurile de infasurare a lantului pe rotile de lant

(7)

Unghiul de inclinare a ramurilor lantului se determina cu relatia

(8)

Lungimea lantului se obtine prin insumarea lungimilor diferitelor portiuni de lant

(v. fig. 11)

rezultand, prin inlocuiri matematice uzuale, lungimea aproximativa a lantului

(9)

A reprezentand distanta dintre axe preliminara.

Numarul de zale ale lantului se stabileste in functie de lungimea lantului si de pasul acestuia,

cu relatia (10)

valoarea rezultata rotunjindu-se la un numar intreg.

Lungimea definitiva a lantului este data de relatia:

L = W_p. (11)

Distanta dintre axe recalculata se determina cu relatia:

(12)

iar distanta dintre axe de montaj, cu relatia:

, (13)

cantitatea tinand seama de asigurarea sagetii de montaj.

1.4 MATERIALE UTILIZATE LA EXECUTIA LANTURILOR SI A ROTILOR DE

LANT

Eclisele se executa din oteluri carbon de calitate sau din oteluri aliate de imbunatatire, duritatea dupa imbunatatire fiind cuprinsa intre 275 si 360 HB. Ca semifabricat se foloseste platbanda laminata la rece.

Bolturile, bucsele si rolele se executa din oteluri carbon de calitate sau oteluri aliate de cementare, duritatea dupa tratament ajungand pana la 60 HRC.

Rotile de lant se executa din diverse materiale: din oteluri cu continut mediu de carbon, netratate termic - in cazul transmisiilor putin solicitate sau imbunatatite in cazul unor conditii medii de solicitare; din oteluri de cementare, avand duritatea, dupa tratament, cuprinsa intre 48 si 58 HRC in cazul unor sarcini si viteze mari - sau din oteluri de imbunatatire, calite superficial, prin curenti de inalta frecventa, pana la duritati cuprinse intre 42 si 52 HRC; din fonta in cazul

regimurilor de functionare usoare si mediu de functionare impur.