Platte Riem vs. V-Riem Aandrijvingen: Belangrijkste Verschillen & Prestaties

Een machine kan worden gedefinieerd als een cluster van mechanismen die een bepaalde taak kunnen uitvoeren door energie te verbruiken. De meeste machines worden aangedreven door mechanisch vermogen, wat niet meer is dan koppel van een draaiende as. Een primemover wordt gebruikt om andere energievormen om te zetten in mechanische energie. Bijvoorbeeld, een elektromotor zet elektrische energie om in mechanisch vermogen. Echter, dergelijke primemovers zijn doorgaans ver van de machine-eenheid gelegen en dus is een ander transmissiesysteem gewenst. Hier komt de rol van het mechanische vermogenstransmissiesysteem, dat beweging, koppel en vermogen overbrengt van het aandrijvende element (zoals primemover) naar het gedreven element (zoals machine-eenheid). Vier mechanische aandrijvingen - tandwielaandrijving, riemaandrijving, kettingaandrijving en touwaandrijving - worden gebruikt voor dit doel.

Riemaandrijving is een wrijvingsaandrijving waarbij beweging en vermogen worden overgebracht middels wrijving. Hier worden twee schijven eerst gemonteerd op de aandrijvende en gedreven assen. Een eindeloze riem wordt dan gedeeltelijk om de schijven gewikkeld met de juiste spanning. Riemaandrijving is geschikt voor vermogensoverdracht over korte tot lange afstanden en kan het systeem inherent beschermen tegen overbelasting en trillingen. Aangezien de wrijvingskracht tussen de schijf en de riem helpt bij het overbrengen van vermogen, wordt de capaciteit van de riemaandrijving voornamelijk beperkt door wrijvingskarakteristieken, contacthoek en beginspanning. Een manier om de transmissiecapaciteit te verhogen is door de wikkel- of contacthoek te vergroten. Dit kan worden gedaan door open riemaandrijving te vervangen door gekruiste riemaandrijving, indien anders toegestaan.

Een andere manier om de vermogensoverdrachtscapaciteit te verbeteren is door het contactoppervlak tussen de riem en de schijf te vergroten. Dit wordt gerealiseerd door V-riemaandrijving te gebruiken. Bij platte riemaandrijving wordt een samengevoegde riem van rechthoekige doorsnede gebruikt waarbij alleen één vlakke kant van de riem in contact blijft met de schijf. Hoewel de capaciteit laag is, wordt het overwegend gebruikt voor vermogensoverdracht over lange afstanden. Het kan twee rangschikkingen hebben: open en gekruist. V-riemaandrijving gebruikt een eindeloze trapeziumvormige (doorsnede) riem met schijven met corresponderende V-groef. Hier blijven twee zijvlakken van de riem in contact met de schijf, wat de transmissiecapaciteit vergroot en glijding vermindert. Het is echter bijzonder geschikt wanneer aandrijvende en gedreven assen op korte afstand van elkaar staan. De diverse verschillen tussen platte riemaandrijving en V-riemaandrijving zijn hieronder in tabelvorm weergegeven.

Tabel: Verschil tussen platte riemaandrijving en V-riemaandrijving

Configuratie van de riem

Een platte riem is in één punt gescharnierd om een eindeloze riem te maken. Het heeft een rechthoekige doorsnede waar de breedte aanzienlijk groter is dan de dikte. Alleen de binnenkant van de riem kan in contact komen met de schijven. De schijven hebben een cilinder vorm waar het buitenoppervlak alleen de riem aanraakt. Daarom wordt de wrijvingskracht tussen het buitenoppervlak van de schijf en de binnenkant van de riem gebruikt om beweging en vermogen over te brengen van de aandrijvende as naar de gedreven as. Aan de andere kant heeft een V-riem een trapeziumvormige doorsnede waar de breedte van de riem aan de grootste zijde bijna gelijk is aan de dikte. De schijf heeft ook een V-groef om de riem te accommoderen. De V-hoek van de schijf moet overeenkomen met de hoek tussen de twee niet-parallelle vlakken van de riem.

Lawaai en trillingen

Zoals eerder vermeld, is een platte riem gescharnierd met moeren en bouten om het eindeloos te maken. Er bestaat altijd een groef op deze verbinding. Vanwege het asymmetrische binnenoppervlak van de riem, produceert platte riemaandrijving aanzienlijk lawaai en trillingen. Dit beperkt soms de toepassing bij zeer hoge snelheid. Aan de andere kant wordt de V-riem in eindeloze vorm geproduceerd en dus bestaat er geen verbinding. Dus het produceert minder trillingen en de werking is ook stil.

Contact tussen riem en schijf

Zoals eerder vermeld, blijft alleen de binnenkant van de platte riem in contact met het buitenoppervlak van de cilinder schijf. Bij V-riem blijven twee geneigde vlakken gelijktijdig in contact met de twee zijvlakken van de V-vormige schijf.

Vermogensvermogen

Zoals bij elke mechanische aandrijving, is het basiedoel van riemaandrijving het overbrengen van beweging en vermogen van de ene as naar de andere. Aangezien riemaandrijving een wrijvingsaandrijving is, berust de vermogensoverdrachtscapaciteit voornamelijk op de wrijvingskarakteristieken van de paarvormende oppervlakken. Wanneer de belasting de wrijvingskracht overschrijdt, treedt glijding automatisch op. Hoe hoger de wrijvingscoëfficiënt tussen riem en schijf, hoe hoger de transmissiecapaciteit; echter, warmteontwikkeling en slijtage zullen ook meer zijn. In plaats van de wrijvingscoëfficiënt direct te verhogen, kan deze indirect worden verbeterd door V-riem in plaats van platte riem te gebruiken. Het kan worden bewezen dat de effectieve wrijvingscoëfficiënt in V-riem 2–3 keer hoger is (gebaseerd op de V-hoek van de riem, meestal 40°) vergeleken met platte riem van hetzelfde materiaal. Dienovereenkomstig kan V-riemaandrijving aanzienlijk hoger vermogen zonder glijding overbrengen.

Afstand tussen assen

Een geschikte mechanische aandrijving wordt geselecteerd op basis van de centrumafstand tussen aandrijvende en gedreven assen. Bijvoorbeeld, tandwielaandrijving is geschikt voor kleine centrumafstand, typisch tot 1 m. Kettingaandrijving kan worden ingezet voor kleine tot matige afstand, meestal tot 3 m met behulp van idle kettenwielen. Riemaandrijving kan worden gebruikt voor een breed bereik van centrumafstanden - van onder 1 m tot zo lang als 15 m. Platte riemaandrijving is bijzonder geschikt voor vermogensoverdracht over lange afstanden; terwijl V-riem voor korte afstand wordt voorkeur gegeven (meestal onder 1 m).

Snelheidsreductie

Machine-eenheden worden aangedreven door primemovers. Doorgaans draait de aandrijvende as van de primemover op hogere snelheid dan vereist in de gedreven as van de machines. Dus een reductie in draaisnelheid is vereist en dit kan worden bereikt door de diameters van de aandrijvende en gedreven schijven te veranderen. Echter, elke mechanische aandrijving kan de snelheidsverhouding binnen een bereik veranderen. Een platte riemaandrijving kan snelheidsreductie tot 1:4 bieden; hoger dan dit kan ongewens de glijding verhogen. Vanwege de hogere effectieve wrijvingscoëfficiënt biedt V-riem hogere snelheidsreductie, zelfs tot 1:7.

Verschuiving van de riem

Soms vereist een enkele machine-eenheid variërende snelheid bij verschillende stadia van de werking. Ook kan een enkele primemover worden gebruikt voor het aandrijven van meerdere machines, elk met een variërende werksnelheid. In dergelijk scenario wordt getrapte schijf toegepast waar een aantal schijven met verschillende diameter op een enkele as gemonteerd is. Als platte riem wordt gebruikt, kan de riem gemakkelijk van de ene schijf naar de andere verschoven worden in draaiende toestand. Dus de draaisnelheid van de gedreven as kan worden gewijzigd zonder de aandrijvende eenheid te stoppen (een gemotoriseerde aanpassing van de riemlengte is sterk vereist om de riemspanning te handhaven). Dergelijke verschuivingsvoorziening is niet beschikbaar in V-riemaandrijving omdat ze gespecialiseerde schijven met V-groef vereisen.

Economisch aspect

Constructie van platte riem en bijbehorende schijf is simpel. De lengte van de platte riem kan ook meerdere keren worden aangepast omdat het gescharnierd is met moeren en bouten. Levensduur en eenvoudige constructie maken deze aandrijving goedkoper. V-riem en bijbehorende schijf is duurder. De lengte kan niet worden aangepast en dus heeft het een kortere levensduur.

Een wetenschappelijke vergelijking tussen platte riemaandrijving en V-riemaandrijving wordt in dit artikel gepresenteerd. De auteur adviseert u om de volgende referenties te raadplegen voor een beter begrip van het onderwerp.

1. Design of Machine Elements door V. B. Bhandari (Vierde editie; McGraw Hill Education).
2. A Textbook of Machine Design door R. S. Khurmi en J. K. Gupta (S. Chand; 2014).