De optimale aandrijving kiezen: Ketting, V-riem of synchrone riem

Rollerkettingaandrijvingen

De populariteit van kettingaandrijvingen voortkomt uit hun vermogen om hoge koppelwaarden over te dragen in een compact pakket, tegen relatief lage kosten, terwijl gebruikgemaakt wordt van direct beschikbare standaardcomponenten. Hoewel de initiële kosten van standaard rollerkettingaandrijvingen tamelijk laag kunnen zijn, kunnen de onderhoudskosten aanzienlijk zijn. Goed onderhoud is essentieel voor optimale rollerkettingaandrijvingsprestaties en omvat de volgende kostenfactoren:

• Smering
• Uitlijning
• Spanning
• Vervanging van aandrijfcomponenten

Volgens schattingen uit de kettingindustrie slijten rollerkettingaandrijvingen die zonder smering werken ongeveer 300 keer sneller dan vergelijkbare aandrijvingen die correct gesmeerd zijn. Toch schatten rollerkettingfabrikanten dat 90 tot 95 procent van alle geïnstalleerde aandrijvingen ofwel onjuist gesmeerd zijn of helemaal niet gesmeerd. Het bepalen van het type smeringsmethode is een majeure ontwerpoverweging met eigen kostenimplicaties. Een oliebehoudende kettingbehuizing kan bijvoorbeeld tot 75 procent van de totale kettingaandrijvingssysteemkosten vertegenwoordigen. Naast smering is correcte ketwieluitlijning en kettenspanning cruciaal voor het verlengen van de levensduur van de rollerketting.

Een ander onderhoudsfactor met kostenimplicaties is vervanging van aandrijfcomponenten. Een grote zwakte van een rollerkettingaandrijving is kettenslijtage, wat resulteert in rek of utrekking. Fabrikanten adviseren rollerkettingvervanging bij een utrekking van ongeveer 3 procent. De meeste rollerkettingfabrikanten adviseren ook om ketwielen te vervangen bij elke nieuwe rollerketting omdat het metaal-op-metaal contact zware ketwielslijtage genereert.

Vermogenstabellen gepubliceerd binnen de rollerkettingindustrie zijn gebaseerd op een theoretische ontwerplevensduur van 15.000 uur, aannemend correct ontwerp, uitlijning, smering, onderhoud, etc. Maar in een typische operationele omgeving benadert de daadwerkelijke aandrijvingslevensduur zelden het ideaal. Ongesmeerde rollerkettingaandrijvingen die onder harde condities werken, kunnen zo kortlevend zijn als 100 uur.

De kosten van de bovengenoemde onderhoudsvereisten, toegevoegd aan de initiële kosten, benaderen de ware kosten van een standaard rollerkettingaandrijving. Echter, naast de kosten van smermiddel en vervanging van aandrijfcomponenten is er de arbeidskost van frequente naspannen, wat afsluiten van de aandrijving vereist, resulterend in productiedowntime. Ook werken standaard rollerkettingaandrijvingen met 91 tot 94 procent efficiëntie, afhankelijk van de toepassing, dus energiekosten moeten in aanmerking genomen worden.

Ondanks onderhouds- en energiekosten bieden rollerkettingaandrijvingen ontwerpers en gebruikers enkele voordelen ten opzichte van V-riem- of synchrone riemaandrijvingssystemen:

1. Vielseitigkeit (functionele bevestigingen kunnen worden toegevoegd om producten te transporteren, schakelaars te activeren, hefbomen te bedienen, etc.)
2. De mogelijkheid om elke kettinglengte te creëren met verbindingsleden
3. De beschikbaarheid van een grote selectie ketten en ketwielen

V-riemaandrijvingen

V-riemaandrijvingen overdragen vermogen door wrijving tussen de riem en de katrol. Met efficiëntie variërend van 95 tot 98 procent bij installatie, gebruiken deze aandrijvingen energie efficiënter dan rollerkettingaandrijvingen, en iets minder efficiënt dan synchrone riemaandrijvingen. V-riemaandrijvingen zijn een industriestandaard, die een breed bereik aan maten biedt tegen relatief lage kosten, samen met gemakkelijke installatie en stilte operatie.

V-riem vervangingsonderdelen kunnen minder kosten dan rollerketting- of synchrone aandrijfcomponenten, maar regelmatig naspannen van V-riemen kan onderhoudskosten toevoegen.

V-riemen worden geproduceerd in een verscheidenheid aan materialen, dwarsdoorsnedes en versterkingsmaterialen, en worden vaak enkel, in gematchte sets of in samengevoegde configuraties gebruikt. Ze zijn goed geschikt voor zware toepassingen, zoals die met slagbelasting en hoge startbelasting. Standaard V-riemaandrijvingen werken het best in toepassingen van 500 RPM of hoger, snelheidsverhoudingen tot 6:1, en binnen een werkingtemperatuurbereik van min-40 tot 130 graden Fahrenheit. Omdat V-riemen glijden bij overbelasting, helpen ze duurdere apparatuur te beschermen tegen belastingsspijken. Ze bieden ook flexibiliteit in de positionering van de motor en de belasting.

In een geschikte toepassing varieert de levensduur van een correct geïnstalleerd en onderhouden V-riemaandrijving van 20.000 tot 25.000 uur. De componenten van een eenvoudige V-riemaandrijving zijn relatief goedkoop om te kopen, installeren, vervangen en onderhouden. Nadat ze correct geïnstalleerd en gespannen zijn tot de door de riemfabrikant aanbevolen waarden, vereisen deze aandrijvingen zeer weinig service, behalve naspannen tijdens het normale onderhoudsschema. Vanwege riemglijding verliezen ze tot 5 procent van hun efficiëntie na installatie. V-riemen rekken naarmate ze slijten, wat glijding verergeren, wat de efficiëntie met zoveel als 10 procent kan verminderen tenzij gecorrigeerd door periodieke naspanning. Getande of genochte V-riemen kunnen de efficiëntie met 2 procent verhogen ten opzichte van standaardontwerpen.

Synchrone Riemaandrijvingen

Synchrone riemen werken op het tandengreep-principe. Ronde, vierkante of gemodificeerde curvilineaire riemtanden grijpen in spelden op ketwielen om positieve krachttransmissie te bieden bij hoge-koppel toepassingen met hoge en lage snelheden.

Als aandrijvinggrootte een probleem is, hebben veel synchrone riemaandrijvingssystemen nu een equivalente capaciteit als rollerkettingaandrijvingen in dezelfde breedte.

De componenten van een synchrone riemaandrijvingssysteem kosten typisch meer initieel dan die van een vergelijkbare standaard rollerketting- of V-riemaandrijving. In tegenstelling, hebben synchrone riemaandrijvingen geen onderhoudskosten geassocieerd met rollerkettingaandrijvingen. Ze vereisen geen smering en geen smeringssysteem, alleen basis veiligheidsbehuizing. Terwijl rollerketting frequente naspanning vereist en V-riemen periodieke naspanning, vereist een synchrone riem typisch geen naspanning voor de levensduur van de riem.

Om de hoeveelheid utrekking die kan optreden in een rollerketting te illustreren, kunnen aanbevolen centrumafstand opname-toelatingen voor riemaandrijvingen vergeleken worden met de centrumafstand opname die nodig is voor een rollerketting in dezelfde lengte. Aannemend een lengte van 100 inch, kan een rollerketting, V-riem en synchrone riem als volgt vergeleken worden:

Rollerketting: Een rollerketting zal ongeveer 3 inch (of 3 procent) utrekken over zijn levensduur, wat ongeveer 1,5 inch centrumafstand opname vereist.

V-riem: Een V-riem vereist 1,5 tot 2,5 inch centrumafstand opname over zijn levensduur, afhankelijk van de dwarsdoorsnede en riemfabrikant.

Synchrone riem: Een synchrone riem vereist typisch slechts .04 inch centrumafstand opname over zijn levensduur, afhankelijk van het riemtype en fabrikant.

Ketting en ketwielslijtage zijn significante kostenfactoren in een rollerkettingaandrijving. Synchrone riemen en ketwielen ervaren dramatisch minder slijtage. In een synchroon aandrijvingssysteem houdt de riem bijvoorbeeld een vergelijkbare rollerketting in de orde van 3 tot 1 vol, en de ketwielen houden rollerkettingketwielen 10 tot 1 vol.

Figuur 1. Vereiste centrumafstand opname door levensduur utrekking (in inches).

Zoals rollerkettingaandrijvingen, zijn synchrone riemaandrijvingen gevoelig voor uitlijning en zouden niet gebruikt moeten worden op systemen waar dit inherent is aan de aandrijvingsoperatie. Uitlijning leidt tot inconsistent riemverlies en vroege trekbreuk door ongelijke belasting van treklidmaat. En hoewel een synchrone riem bestand is tegen slijtage, corrosie en de kaustische afspoeloplossingen gebruikt in de voedingsverwerkingsindustrie, is het misschien niet geschikt voor bepaalde zeer corrosieve omgevingen waar corrosievaste ketting een betere keuze kan zijn.

Een misverstand over synchrone riemen is dat ze ongeschikt zijn voor serpentine aandrijvingen. Ontwerpingenieurs kunnen denken dat rollerketting de enigste optie is wanneer een belasting aan beide kanten moet worden aangedreven; dubbelzijdige synchrone rubberriemen bieden echter veel van dezelfde kostenbesparende voordelen ten opzichte van rollerketting als hun eenzijdige broers.

Vanwege hun hoge efficiëntiewaarden (tot 99 procent op continue basis voor sommige aandrijvingssystemen) kunnen synchrone riemaandrijvingen ook energiekosten verlagen ten opzichte van rollerketting- of V-riemaandrijvingen.

Conclusie

Beschouwd op een total-cost-of-ownership basis, kan een synchrone riemaandrijvingssysteem kosteneffectiever zijn dan een vergelijkbare rollerkettingaandrijving of V-riemaandrijvingssysteem. Hoewel een synchroon aandrijvingssysteem initieel gemiddeld 30 procent meer kan kosten dan een vergelijkbare standaard rollerkettingaandrijving, heeft het veel kostenbesparende voordelen voor onderhoudsmanagers en ontwerpingenieurs.

In de MRO-markt kunnen synchrone aandrijvingen de dagelijkse operationele kosten aanzienlijk verlagen en de productie-uitvoer verhogen vergeleken met de downtime en verloren productiviteit voortvloeiend uit het frequente onderhoud en vervanging van rollerketting- en V-riemaandrijvingen. Ontwerpingenieurs die een synchroon aandrijving selecteren, kunnen hun producten een competitieve rand geven door beter presterende, langer durende, schonere, stilere en onderhoudsvrije producten te bieden die werken tegen lagere totale kosten.

Dit artikel is geschreven door de afdeling power transmission product application bij Gates Corporation. Voor meer informatie over dit onderwerp, bezoek www.gates.com.