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Riementriebe Roloff/Matek Maschinenelemente
Johann Lodewyks 1
Riementriebe• Definition
– Reib- oder formschlüssige Momentenübertragung über ein biegeweiches, elastisches Zugmittel (Riemen), zwischen zwei oder mehreren Wellen
• Vorteile– elastische Kraftübertragung
– geräuscharmer Lauf
– einfach und preiswerter Aufbau
– geringer Wartungsaufwand
– geringes Leistungsgewicht
– große Übersetzungen möglich
– hohe Umfangsgeschwindigkeit
• Nachteile– Schlupf beim Flachriemen
– große Wellenquerkraft
– großer Platzbedarf
– begrenzter Temperaturbereich
– elektrostatische Aufladung möglich
• Bauarten– Flachriemen, Keilriemen, Synchronriemen
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Aufbau von Flachriemen
• Mehrschicht- und Verbundriemen– Zugschicht
• reißfestes, verstrecktes Polyamid
– Laufschicht• Leder oder Kunststoff mit hoher
Reibung für geringen Schlupf– Deckschicht
• imprägniertes Textilgewebe oder zweite Laufschicht
– Kennwerte• Leistung: P < 6 kW/mm• Wirkungsgrad: < 98%• Übersetzungsverhältnis: i < 20• Geschwindigkeit: v < 100 m/s
Bild 16-01
b) Bandriemen, zusammengesetzte Zugbänder
a) Kordriemen
c) Bandriemen, breite Zugbänder
L) LaufschichtZ) ZugschichtD) Deckschicht
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Keilriemen
• Aufbau– Zugschicht
• Polyesterfasern
– Kern• Kautschuk
– Hülle• Textilgewebe
– Verbundkeilriemen• geringe
Riemenschwingung
– Keilrippenriemen• hohe
Geschwindigkeit
Bild 16-02
SchmalkeilriemenNormalkeilriemen
Breitkeilriemen
a) b) c)
d)
g)f)
e)
Doppelkeilriemen
Verbundkeilriemen Keilrippenriemen
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Kräfte am Keilriemen
• Eigenschaften– Reibschluss der Flanke
– auch Zahnriemen nur mit Flankenkontakt
– große Normalkraft
– geringe Wellenbelastung
– Keilwinkel 32° bis 40°
Bild 16-03
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Synchronriemen
• Eigenschaften– Formschluss
– konstante Übersetzung
– hoher Wirkungsgrad
• Aufbau– Zugelemente
• Stahlseil, Glasfaser
– Riemenkörper• Gummi, Elastomer
– Deckschicht• Polyamidgewebe
Bild 16-04
einfachverzahnt
a)
b)
c)
trapezförmiges Zahnprofil
doppeltverzahnt
mit einseitiger Bordscheibe
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offener Riementrieb• Eigenschaften
– Antriebsmoment wir durch Reibung zu Zugkraft im Lasttrum– geringste Last im gezogenen Leertrum– Gleitschlupf bei Überlast
(Zugkraft > Reibkraft)– Dehnschlupf durch
Belastungsänderung– Reibungserhöhung
• Materialwahl• Vorspannung• Umschlingungswinkel ()
Bild 16-07
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Riemenführung
• b) gekreuzt – gegensinnige Wellendrehrichtung
– nur für Flachriemen geeignet
• c) halbgekreuzt– gekreuzte Wellen
• d) Winkeltrieb– Wellenachsen mit Schnittpunkt
– Umlenkrolle notwendig
Bild 16-07
b)
c)
d)
gekreuzt
halbgekreuzt (geschränkt)
Winkeltrieb
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Mehrfachantriebe
• Eigenschaften– Leistungsverteilung
– ein Antrieb, mehrere Verbraucher
– Ober- und Unterseite des Riemens als Lauffläche
– Mehrfachbiegung
– Zahnriemen für winkelgetreue Übersetzung
Bild 16-07
e)
f)
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RiemenvorspannungBild 16-08
b)c)
d)
Dehnspannung
Spannschlitten Wippe
a)
Spannrolle Spannschiene
e)f)
Schwenkscheibe
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Auswahlkriterien der Riemenbauarten
• Flachriemen– große Vorspannung (<2 Ft)– mittlere Übersetzung (i<15)– große Geschwindigkeit– geringe Laufgeräusche– großer Wellenabstand
• Keilriemen– kleine Vorspannung(<1.5Ft)
– große Übersetzung (i<20)
– kleiner Abstand
– Drehmomtentstöße
• Synchronriemen– geringe Vorspannung (<1.1 Ft)
– konstante Übersetzung (i<10)
– winkelgenaue Übertragung
– kein Schlupf
– keine Überlastsicherheit
• Keilrippenriemen– großer Wellenabstand
– große Übersetzung (i<40)
– große Geschwindigkeit
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Einsatzbereich
• Kette– große Masse
– schlupffrei
• Keilriemen– geringe Vorspannung
• Synchronriemen– formschlüssig
• Flachriemen– geringste Masse
Bild 16-05
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Kräfte am offenen Riementrieb Bild 16-15
Antrieb: d1[m] Durchmesser F1
[N] Zugkraft 1[rad] Umschlingungswinkel
Abtrieb: d2[m] Durchmesser F2
[N] Zugkraft 2[rad] Umschlingungswinkel
v1[m/s] Riemengeschwindigkeit
v2 = v1
Ft[N] übertragende Umfangskraft
Fw0[N] statische Wellenlast
e [m] Wellenabstand
(16.03) F1
F2
1
2e1
m [ - ]Eytelweinsche Beziehung
(16.02) + (16.04)
Ft F1 F2 F1m 1
m F1 [ N ]
übertragbare Umfangskraft
[ - ] Reibungszahl
m [ - ] Trumkraftverhältnis
[ - ] Ausbeute
(16.06)
Fw k Ft [ N ]dynamische Wellenbelastung
k [ - ] Wellenlastfaktor
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RiemenbelastungenBild 16-17
• Fliehkraft f
– reduziert die Vorspannung
• Biegung b1,2
– verringert die Lebensdauer
• Dehnung 1,2
– verursacht Dehnschlupf
• Spannungserhöhung bei Riemenschwingung
(16.10)
id2
d1
[ - ]Übersetzung
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Geometrische Beziehungen des SynchronriemensBild 16-19
lT[m] Trumlänge
1[rad] Umschlingungswinkel
[rad] Trumneigungswinkel
e [m] Wellenabstand
p [ - ] Teilung
d1 d2 [m] Durchmesser
z1 z2 [ - ] Zähnezahl der Scheibe
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Bodenscheibe– Werkstoff: Gusseisen, Stahlguss oder Stahl– Durchmesser: d < 355 mm– Lauffläche geschliffen– gewölbte Lauffläche
zur Riemenzentrierung
Bild 16-10
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ArmscheibeBild 16-11
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RiemenscheibenBild 16-13
geschweißte Flachriemenscheibe
Keilriemenscheiben
Vollscheibe
gegossene Bodenscheibe
gelötet geschweißt
Bild 16-12
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SynchronriemenscheibenBild 16-13
a) und c) mit 1 Bordschiebeb) mit 2 Bordscheibend) ohne Bordscheiben
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RiemengetriebeBild 16-09
Stufenscheiben Kegelscheiben AusrückgetriebeKeilscheiben