Выбор оптимальной приводной системы: роликовая цепь, В-ремень или зубчатый ремень

Приводы на роликовой цепи

Популярность цепных приводов обусловлена их способностью передавать высокие крутящие моменты в компактном исполнении, при относительно низкой стоимости, используя легко доступные стандартные компоненты. Хотя начальные затраты на стандартные роликовые цепные приводы могут быть довольно низкими, стоимость их обслуживания может быть существенной. Правильное обслуживание критично для оптимальной работы роликового цепного привода и включает следующие факторы затрат:

• Смазка
• Выравнивание
• Натяжение
• Замена компонентов привода

По оценкам отрасли цепей, роликовые цепные приводы, работающие без смазки, изнашиваются примерно в 300 раз быстрее, чем сравнимые правильно смазанные приводы. Тем не менее, производители роликовых цепей оценивают, что 90–95% всех установленных приводов либо недосмазаны, либо не смазаны вовсе. Определение типа необходимого метода смазки — важное проектное соображение с собственными стоимостными последствиями. Корпус цепи с удержанием масла, например, может составлять до 75% от общей стоимости системы цепного привода. Помимо смазки, правильное выравнивание звездочек и натяжение цепи критичны для увеличения срока службы роликовой цепи.

Еще один фактор обслуживания с стоимостными последствиями — замена компонентов привода. Главная слабость роликового цепного привода — износ цепи, приводящий к вытягиванию или удлинению. Производители рекомендуют замену роликовой цепи при удлинении примерно на 3%. Большинство производителей также рекомендуют заменять звездочки при каждой новой роликовой цепи, так как металл-металл контакт генерирует серьезный износ звездочек.

Таблицы расчетной мощности, публикуемые в отрасли роликовых цепей, основаны на теоретическом расчетном ресурсе 15 000 часов при условии правильного проектирования привода, выравнивания, смазки, обслуживания и т.д. Но в типичной операционной среде фактический ресурс привода редко приближается к идеалу. Несмазанные роликовые цепные приводы в суровых условиях могут жить всего 100 часов.

Стоимость упомянутых требований обслуживания, добавленная к начальной стоимости, приблизительно дает истинную стоимость стандартного роликового цепного привода. Однако за пределами стоимости смазки и замены компонентов привода есть затраты на труд частых перенатяжений, требующих остановки привода, что ведет к производственным простоям. Также стандартные роликовые цепные приводы работают с эффективностью 91–94% в зависимости от приложения, поэтому энергозатраты должны учитываться.

Несмотря на затраты на обслуживание и энергию, роликовые цепные приводы предлагают проектировщикам и пользователям некоторые преимущества перед В-ременем или синхронными ремнями:

1. Универсальность (функциональные насадки можно добавлять для транспортировки продуктов, выключателей, приводов рычагов и т.д.)
2. Возможность создания цепи любой длины с соединительными звеньями
3. Наличие широкого выбора цепей и звездочек

Приводы на В-ременях

В-ременные приводы передают мощность через трение между ремнем и шкивом. С эффективностью 95–98% при установке, эти приводы используют энергию эффективнее роликовых цепных приводов, и несколько менее эффективно, чем синхронные ремни. В-ременные приводы — отраслевой стандарт, предлагающий широкий спектр размеров при относительно низкой стоимости, вместе с легкостью установки и тихой работой.

Запчасти для В-ременных приводов могут быть дешевле компонентов роликовых цепей или синхронных приводов, но регулярное перенатяжение В-ременей может увеличивать затраты на обслуживание.

В-ремена изготавливаются из различных материалов, поперечных сечений и армирующих материалов, и часто используются одиночно, в подогнанных комплектах или в соединенных конфигурациях. Они хорошо подходят для тяжелых условий, таких как ударные нагрузки и высокие пусковые нагрузки. Стандартные В-ременные приводы лучше работают в приложениях от 500 об/мин и выше, передаточных числах до 6:1 и в рабочем температурном диапазоне от -40 до 130 °F. Поскольку В-ремена проскальзывают при перегрузке, они помогают защитить более дорогое оборудование от скачков нагрузки. Они также обеспечивают гибкость в позиционировании двигателя и нагрузки.

В подходящем приложении срок службы правильно установленного и обслуживаемого В-ременного привода составляет от 20 000 до 25 000 часов. Компоненты простого В-ременного привода относительно недороги в закупке, установке, замене и обслуживании. После правильной установки и натяжения по рекомендованным производителем значениям эти приводы требуют очень малого обслуживания, кроме перенатяжения в рамках обычного графика обслуживания. Из-за проскальзывания ремня они теряют до 5% эффективности после установки. В-ремена растягиваются при износе, ухудшая проскальзывание, что может снизить эффективность до 10%, если не исправить периодическим перенатяжением. Зубчатые или ножевидные В-ремена могут повысить эффективность на 2% по сравнению со стандартными конструкциями.

Синхронные ременные приводы

Синхронные ремни работают на принципе зубчатого захвата. Круглые, квадратные или модифицированные криволинейные зубья ремня вцепляются в канавки на звездочках, обеспечивая положительную передачу мощности в высокомоментных приложениях с высокими и низкими скоростями.

Если размер привода — проблема, многие синхронные ременные системы теперь имеют эквивалентную мощность роликовым цепным приводам при той же ширине.

Компоненты синхронного ременного привода обычно стоят больше изначально, чем сравнимые стандартные роликовые цепные или В-ременные приводы. В противовес, синхронные ременные приводы не несут затрат на обслуживание, связанных с роликовыми цепными приводами. Они не требуют смазки и системы смазки, только базовую защитную ограждение. В то время как роликовая цепь требует частых перенатяжений, а В-ремена — периодических, синхронный ремень обычно не требует перенатяжения на протяжении всей своей жизни.

Для иллюстрации удлинения, которое может произойти в роликовой цепи, рекомендуемые запасы на удлинение межосевого расстояния для ременных приводов можно сравнить с необходимым запасом для роликовой цепи той же длины. Предполагая длину 100 дюймов, роликовая цепь, В-ремень и синхронный ремень можно сравнить так:

Роликовая цепь: Удлиняется примерно на 3 дюйма (или 3%) за свою жизнь, требуя около 1,5 дюйма запаса межосевого расстояния.

В-ремень: Требует 1,5–2,5 дюйма запаса межосевого расстояния за свою жизнь, в зависимости от поперечного сечения и производителя ремня.

Синхронный ремень: Обычно требует только 0,04 дюйма запаса межосевого расстояния за свою жизнь, в зависимости от типа ремня и производителя.

Износ цепи и звездочек — значительные факторы затрат в роликовом цепном приводе. Синхронные ремни и звездочки испытывают драматически меньший износ. В синхронной приводной системе, например, ремень переживает сравнимую роликовую цепь примерно в 3 к 1, а звездочки — роликовые звездочки 10 к 1.

Рисунок 1. Необходимый запас межосевого расстояния из-за удлинения за жизнь (в дюймах).

Как и роликовые цепные приводы, синхронные ременные приводы чувствительны к дезалиньменту и не должны использоваться на системах, где он неотъемлем для работы привода. Дезалиньмент приводит к неравномерному износу ремня и преждевременному разрыву натяжительных элементов из-за неравномерной нагрузки. И хотя синхронный ремень устойчив к абразивной износу, коррозии и едким растворам для промывки, используемым в пищевой промышленности, он может не подходить для определенных высококоррозивных сред, где коррозионно-стойкая цепь может быть лучшим выбором.

Одно заблуждение о синхронных ремнях — что они не подходят для змеевидных приводов. Проектировщики могут думать, что роликовая цепь — единственный вариант, когда нагрузку нужно привести с обеих сторон; однако двусторонние синхронные резиновые ремни предлагают многие те же преимущества в экономии затрат над роликовой цепью, что и их односторонние аналоги.

Благодаря высоким рейтингам эффективности (до 99% на непрерывной основе для некоторых приводных систем), синхронные ременные приводы также могут снизить энергозатраты по сравнению с роликовыми цепными или В-ременными приводами.

Заключение

При рассмотрении на основе совокупной стоимости владения, синхронная ременная приводная система может быть более стоимостно-эффективной, чем сравнимый роликовый цепной привод или В-ременная приводная система. Хотя синхронная приводная система может изначально стоить в среднем на 30% больше, чем сравнимый стандартный роликовый цепной привод, у нее много преимуществ в экономии затрат для менеджеров обслуживания и проектировщиков.

На рынке MRO синхронные приводы могут значительно снизить ежедневные операционные затраты и увеличить производственный выход по сравнению с простоями и потерями производительности, возникающими от частого обслуживания и замены роликовых цепей и В-ременей. Инженеры по проектированию приводных систем, выбирающие синхронный привод, могут дать своим продуктам конкурентное преимущество, обеспечивая лучше работающие, дольше служащие, чище, тише и не требующие обслуживания продукты, работающие при более низкой общей стоимости.

Статью написал отдел применения продуктов силовой передачи Gates Corporation. Узнайте больше на www.gates.com.