Fig.11.1

11. TRANSMISII PRIN LAN [1, 3, 5]

11.1. CARACTERIZARE. DOMENII DE FOLOSIRE

Transmisiile prin lan fac parte din categoria transmisiilor mecanice indirecte i servesc la transmiterea momentului de torsiune ntre doi sau mai muli arbori paraleli.

O transmisie prin lan se compune din roile de transmisie (roi de lan), lanul care nfoar roile i angreneaz cu dinii acestora (fig.11.1), sarcina transmindu-se prin contact dispozitive de ntindere, dispozitive de ungere i carcase sau aprtori de protecie.

Lanul este format din zale, articulate ntre ele, care i asigur flexibilitatea necesar pentru nfurarea pe roile de lan, a cror dantur este funcie de tipul lanului. Avantajele transmisiilor prin lan sunt: posibilitatea folosirii ntr-un domeniu larg de distane ntre axele roilor; posibilitatea transmiterii unor momente de torsiune mari; realizarea unor rapoarte de transmitere medii constante, ca urmare a absenei alunecrilor; randament ridicat (=0,96...0,98); ncrcri relativ reduse pe arbori; posibilitatea nlocuirii uoare a lanului; posibilitatea transmiterii micrii la mai muli arbori condui; posibilitatea funcionrii n condiii grele de exploatare (praf, umiditate, temperaturi ridicate). Dintre dezavantajele transmisiilor prin lan, cele mai importante sunt: neuniformitatea micrii roilor conduse ca urmare a faptului c lanul nfoar roile de lan dup un contur poligonal care produce sarcini dinamice suplimentare, vibraii i zgomot n funcionare; uzura inevitabil n articulaii, care duce la mrirea pasului, impunndu-se folosirea dispozitivelor de ntindere; necesit o precizie mai ridicat de montare i o ntreinere mai pretenioas, comparativ cu transmisiile prin curele. Transmisiile prin lan se utilizeaz cnd se impun distane medii ntre axe, care nu pot fi realizate prin angrenaje i/sau cnd nu este permis alunecarea, situaie n care nu pot fi folosite transmisiile prin curele. Se folosesc n construcia mainilor agricole, de transport (biciclete, motorete, motociclete) i la unele utilaje.

Organe de maini

172

a

b Fig.11.2

c e

Fig.11.3

11.2. CLASIFICAREA I CARACTERIZAREA LANURILOR DE TRANSMISIE

Lanurile de transmisie se execut cu pai mici, pentru reducerea sarcinilor dinamice i cu articulaii rezistente la uzur, pentru mrirea duratei de funcionare. Se utilizeaz: lanurile cu

boluri (tip Gall), formate din eclise i boluri; lanurile cu buce, constituite din eclise, boluri i buce; lanurile cu role, n componena crora intr eclise, buce, boluri i role; lanurile cu eclise dinate. Lanurile cu buce (fig.11.2) se compun din eclise, boluri i buce; eclisele exterioare 1 sunt presate pe bolurile 3, iar cele interioare 2 pe bucele 4. Din punct de vedere funcional, eclisele exterioare i bolurile, respectiv eclisele interioare i bucele, formeaz elemente cinematice distincte, articulate ntre ele (fig.11.2,b), suprafaa de contact dintre boluri i buce fiind mult mai mare dect n cazul lanurilor cu boluri. Datorit acestui fapt i avnd n vedere c pelicula de lubrifiant, din zona de contact dintre boluri i buce, amortizeaz parial ocurile care apar la intrarea n contact a lanului cu dinii roilor de lan

aceste lanuri sunt utilizate la sarcini medii i viteze v

Transmisii prin lan

173

a b Fig.11.4

a c

b d Fig.11.5

frecare de rostogolire, aceste lanuri se folosesc la sarcini i viteze mai mari, cu uzuri mai reduse ale dinilor roilor dect la celelalte tipuri de lanuri. Bolurile se execut cilindrice; la lanurile cu pai mari (p>60mm), bolurile se execut cu aplatisri (frezate), pentru a se evita rotirea ecliselor exterioare (v.fig.11.2, a). Bucele se execut din eav sau n construcie sudat, n cazul lanurilor de dimensiuni mari fiind prevzute aplatisri, n zona de montare a ecliselor interioare pentru a se evita rotirea acestora; i rolele se execut din eav. Eclisele au contur n form de 8, pentru a se apropia de corpuri de egal rezisten la traciune. mbinarea capetelor lanului, la formarea sau la scurtarea acestuia, se realizeaz cu ajutorul zalelor de legtur i a cuielor spintecate (fig.11.4). Se recomand ca numrul de zale s fie par, deoarece la numr impar de zale eclisa de legtur este de construcie special (fig.11.4,b). La lanurile de tip Rotary, deoarece zalele au aceeai form, nu se impune aceast recomandare. Pentru realizarea unei micri ct mai uniforme a roii (roilor) conduse, se evit utilizarea lanurilor cu pai mari, preferndu-se lanurile cu dou rnduri (lanuri duble) sau cu trei rnduri (lanuri triple), cu pai mici. Lanurile cu eclise dinate (fig.11.5...11.7) sunt formate din mai multe rnduri de eclise, articulate prin boluri. Eclisele au la capete dini, care angreneaz cu dinii roilor de lan. Cel mai frecvent, dinii roilor de lan i dinii ecliselor au flancurile rectilinii, profilul acestora fiind trapezoidal. mbinarea capetelor lanului se realizeaz cu un bol de legtur i cui spintecat. Ghidarea lanului mpotriva alunecrii laterale de pe roile de lan se poate realiza cu ajutorul unor eclise centrale de ghidare, executate sub form de plcue (fig.11.5, a), care intr ntr-un canal executat pe roile de lan (fig.11.5, c), sau cu ajutorul unor eclise laterale de ghidare (fig.11.5, b), care nu necesit canale de ghidare (fig.11.5, d). Lanurile la care articulaiile sunt realizate cu ajutorul unor boluri cilindrice (v.fig.11.5) se folosesc rar, din cauza uzurilor pronunate a articulaiilor. Articulaiile realizate cu ajutorul bolurilor cilindrice i a unor buce segmentate (fig.11.6) asigur o suprafa de contact mai mare ntre piesele aflate n micare relativ, mrind capacitatea

Organe de maini

174

Fig.11.6

a

b Fig.11.7

de ncrcare a transmisiei. Bua segmentat 1 este presat n locaul executat n eclisa 3, iar buca segmentat 2 este presat n locaul executat n eclisa 4. Pentru ca zalele s se poat roti relativ la intrarea i ieirea lanului n i din contact cu dinii roilor de lan n eclise se execut nite locauri mai mari, n zona diametral opus celei n care este presat segmentul de buc.

La lanurile cu eclise dinate i articulaii formate din prisme (fig.11.7), se nlocuiete frecarea de alunecare din articulaii prin frecare de rostogolire, reducndu-se uzurile, concomitent cu mrirea durabilitii transmisiei. Articulaiile lanului din fig.11.7, b sunt de tip cntar, fiecare din cele dou prisme fiind solidar cu eclisa unei zale, fcnd posibil rotirea relativ dintre zale. Contactul cu dinii roilor de lan se realizeaz prin intermediul ecliselor, fapt ce contribuie la reducerea sarcinilor dinamice i la creterea vitezei admisibile, pn la 30 m/s.

11.3. ELEMENTE CINEMATICE I GEOMETRICE

Viteza medie a lanului se determin cu relaia

[ ]smnpzvm /100060 = , (11.1) n care: z este numrul de dini ai roii de lan; p pasul lanului, n mm, n turaia roii de lan, n rot/min. Raportul de transmitere mediu este

1

2

1

2

2

1

2

1

d

dm D

Dz

z

n

ni ====

, (11.2)

unde: 1,2 sunt vitezele unghiulare ale roilor de lan; n1,2 turaiile; z1,2 numerele de dini; Dd1,2 diamterele de divizare.

Transmisii prin lan

175

Fig.11.8

Raportul de transmitere, ca urmare a variaiei vitezei roii conduse, este variabil, n calcule considerndu-se o valoare medie. La transmisiile obinuite, se aleg rapoarte de transmitere i 8, iar la transmisiile cu funcionare lent i 15. Numerele de dini ai roilor de lan. Numrul minim de dini z1 ai roii mici este limitat de uzura articulaiilor, de sarcinile dinamice i de zgomotul produs la funcionarea transmisiei. Cu ct z1 este mai mic, cu att uzura articulaiilor este mai mare, deoarece unghiul de rotire a zalei, la intrarea i la ieirea lanului din angrenarea cu dinii roii de lan, crete; prin micorarea lui z1, crete i neuniformitatea micrii. Numerele minime de dini z1 se aleg n funcie de tipul lanului (cu buce, cu role sau cu eclise dinate) i de raportul de transmitere i. Numrul maxim de dini ai roii mari (z2 = i z1) se limiteaz la 100...120, n cazul lanurilor cu buce sau role i la 120 ... 140, n cazul lanurilor cu eclise dinate. La un numr mare de dini, chiar o alungire redus a lanului aprut n urma uzrii articulaiilor duce la o deplasare a lanului n lungul profilului dinilor roii de lan i, implicit, la o angrenare incorect. Se recomand ca numrul de dini ai roilor de lan s se aleag impar (n special la roata mic), pentru ca la un numr par de zale s rezulte o uzur uniform. Pasul lanului reprezint distana dintre centrele a dou articulaii consecutive, valorile acestuia fiind standardizate; capacitatea portant a lanului este dependent de pas. Pasul lanului influeneaz gabaritul transmisiei, sarcinile dinamice, zgomotul n funcionare, neuniformitatea micrii i turaia limit a roii mici; micorarea pasului se poate obine prin folosirea lanurilor pe mai multe rnduri. La proiectarea unei transmisii prin lan, trebuie s se aleag pasul cel mai mic posibil pentru sarcina dat. Diametrele roilor de lan. Diametrele cercurilor de divizare (cercurile dup care, teoretic, se dispun articulaiile zalelor), conform fig.11.8, se detrmin cu relaiile:

1

01 180sin

z

pDd = i

2

02 180sin

z

pDd = , (11.3)

iar diametrele cercurilor exterioare (de vrf), cu relaiile: dDD de 8,011 += i dDD de 8,022 += , (11.4)

d reprezentnd diametrul rolei. Distana preliminar dintre axe. Distana minim dintre axe se stabilete din condiia ca unghiul sub care lanul nfoar roata mic s fie de minim 1200, iar cea maxim este limitat din condiia ca sgeata ramurii pasive s nu aib valori prea mari. Cnd nu este impus, din considerente de gabarit, distana dintre axe se alege n limitele pAoptim )50...30(= . (11.5) Unghiurile de nfurare a lanului pe roile de lan. Unghiurile de nfurare se determin cu relaiile (fig.11.9):

= 01 180 i += 02 180 , (11.6)

Organe de maini

176

Fig.11.9

impunndu-se condiia ca .12001 > Unghiul de nclinare a ramurilor lanurilor se determin cu relaia (v. fig.11.9)

222/sin 12 =

ADD dd

. (11.7) Lungimea lanului se obine prin nsumarea lungimilor diferitelor poriuni de lan (v. fig.11.9)

,

360180

3601802/cos2/cos 20

0

10

0

2121 pzpzAALLLLL

++

++=+++= (11.8)

iar dac se consider ,8

12

12

sin12

cos22

2

= unghiul /2 fiind mic, se obine

lungimea aproximativ a lanului

Apzzp

zzAL22

1221

222

+

++

pi, (11.9)

prin A nelegndu-se distana dintre axe preliminar.

Numrul necesar de zale se stabilete n funcie de lungimea lanului i de pasul acestuia

pLW = (11.10)

i trebuie s fie numr ntreg. Lungimea definitiv a lanului

.WpL = (11.11) Distana dintre axe recalculat, care nu ine seama de sgeata de montaj a lanului, se determin n funcie de lungimea definitiv a lanului, cu relaia

Transmisii prin lan

177

++

+=

212

22121

28

224 pizzzzWzzWpArec . (11.12)

Pentru a asigura sgeata de montaj, distana dintre axe recalculat Arec se micoreaz cu cantitatea A=(0,002...0,004)Arec, rezultnd distana dintre axe de montaj. A=Arec- A. (11.13)

11.4. FORMELE I CAUZELE DETERIORRII TRANSMISIILOR PRIN LAN

Ieirea din funciune (deteriorarea) a transmisiilor prin lan apare ca urmare a distrugerii suprafeelor funcionale, respectiv ruperii elementelor componente ale lanului i/sau dinilor roilor de lan. Principala cauz a deteriorrii transmisiilor prin lan o constituie uzarea articulaiilor, n urma creia se produce o mrire a lungimii lanului, care conduce la o angrenare incorect a acestuia cu dinii roilor de lan. Pentru a micora uzura, suprafeele pieselor n micare relativ (boluri, buce, role) se separ printr-o pelicul de lubrifiant. Sigurana n exploatare se asigur limitnd presiunea din articulaii la valori admise de pelicula de lubrifiant, fiind necesar calculul la strivire a articulaiilor lanului. Uzarea dinilor roilor de lan poate fi micorat prin alegerea corespunztoare a materialului i tratamentului pentru roile de lan i prin mbuntirea condiiilor de ungere.

11.5. MATERIALE UTILIZATE LA EXECUIA LANURILOR I A ROILOR DE LAN

Eclisele se execut din oeluri carbon de calitate (OLC 45, OLC 50) sau din oeluri aliate (40Cr10, 35 CrNi 15 etc.), ca semifabricat folosindu-se platbanda laminat la rece. Tratamentul termic al ecliselor este mbuntirea, duritatea dup tratament fiind ntre 275 i 360 HB. Bolurile, bucele i rolele se execut din oeluri de cementare (OLC 15, OLC 20, 13 CrNi 35), avnd duritatea, dup clire, pn la 60 HRC. Roile de lan se execut din oeluri cu coninut mediu de carbon, netratate termic n cazul transmisiilor puin solicitate sau mbuntite n cazul unor condiii medii de solicitare. La sarcini i viteze mari, roile de lan se execut din oeluri de cementare (OLC 15, 13 CrNi 35 etc.), avnd duritatea, dup tratament, cuprins ntre 48 i 58 HRC, sau din oeluri cu coninut mediu de carbon (OLC 45, 40 Cr 10, 36 MnSi 12 etc.), clite superficial, prin cureni de nalt frecven, pn la duriti cuprinse ntre 42 i 52 HRC. La regimuri de funcionare uoare i mediu impur (ex.: maini agricole), roile de lan se pot executa din font.

11.6. FORE N TRANSMISIILE PRIN LAN

Fora care acioneaz n ramura motoare a lanului F1 se determin prin nsumarea forei utile Fu cu fora de ntindere din ramura antrenat F2, cu relaia

21 FFF u += . (11.14)

Organe de maini

178

Fig.11.10

Fora util (de transmis) se determin cu relaia

[ ]NDM

Fd

tu

1

12= ; ,1055,9

1

61

n

PM t = (11.15)

n care: P este puterea de transmis, n kW; n1 turaia roii conductoare, n rot/min; Mt1 momentul de torsiune la arborele roii conductoare, n Nmm; Dd1 diametrul de divizare al roii conductoare, n mm. Fora de ntindere din ramura antrenat provine din fora datorat greutii proprii a acestei ramuri Fq i din fora centrifug Fc

.2 cq FFF += (11.16) Fora de ntindere datorat greutii proprii a ramurii antrenate se exprim n funcie de greutatea unui metru liniar de lan q (n N/m), de lungimea ramurii (aproximativ egal cu distana dintre axe A, msurat n mm) i de sgeata de montaj f (n mm). Fora de ntindere Fc apare n ramurile transmisiei pentru a echilibra fora centrifug. Fora Fc acioneaz pe ntregul contur al lanului i provoac uzarea suplimentar a articulaiilor, fr a se transmite arborilor; se ia n considerare numai la viteze peste 5m/s. Aceasta este funcie de greutatea unui metru liniar de lan q i de viteza medie vm. Fora care ncarc arborii transmisiei prin lan se poate calcula cu relaia aproximativ

( ) ua FF 2,1...05,1= , (11.17) valoarea 1,2 a coeficientului numeric fiind pentru transmisii orizontale. Randamentul transmisiilor prin lan, precis executate i bine unse, este cuprins ntre 0,96 i 0,98, pierderile prin frecare fiind compuse din: pierderi prin frecarea n articulaii; pierderi prin frecarea dintre eclise; pierderi prin frecarea dintre dinii roilor de lan i zalele lanului; pierderi prin frecarea dintre role i buce (la lanurile cu role), la intrarea i ieirea zalelor din angrenare; pierderi prin frecarea din reazeme; pierderi prin barbotarea uleiului, n cazul ungerii prin barbotare.

11.7. CALCULUL TRANSMISIILOR PRIN LAN

Principala cauz a ieirii din funciune a transmisiilor prin lan este uzarea articulaiilor lanului, care duce la mrirea lungimii acestuia i la o funcionare necorespunztoare a transmisiei. Capacitatea portant a transmisiilor prin lan se determin din condiia de rezisten la strivire a

peliculei de lubrifiant dintre bol i buc, cu relaia (fig.11.10)

e

laa k

ApF = , (11.18)

n care pa este presiunea admisibil la strivire a peliculei de lubrifiant, stabilit experimental, pentru condiii medii de exploatare (se alege n funcie de pas i de turaia roii mici); Al proiecia suprafeei de contact dintre bol i buc (pentru lanuri cu buce sau role Al=zra1d3, unde d3

este diametrul bolului, a1 lungimea bucei, iar zr numrul de rnduri; a1 i d3 sunt date n standardele lanurilor cu buce sau cu role); ke coeficient global de exploatare.

Transmisii prin lan

179

Fig.11.11

Coeficientul ke ine seama de condiiile reale de exploatare a transmisiei prin lan proiectate, care sunt diferite de cele pentru care s-a stabilit presiunea admisibil la strivire pa. Acest coeficient se exprim sub forma produsului unor coeficieni pariali de corecie, care in seama de: felul sarcinii (constante sau cu ocuri), distana dintre axe; nclinarea liniei centrelor fa de orizontal; sistemul de reglare a distanei dintre axe; felul ungerii; numrul schimburilor de lucru. La proiectarea unei transmisii prin lan cu buce sau role, se pleac de la urmtoarele date de proiectare: puterea P i turaia n1, la intrare; raportul de transmitere i; precizri privind condiiile de execuie i exploatare a transmisiei. Etapele principale care trebuie parcurse sunt urmtoarele: alegerea numrului de dini ai roii conductoare z1; calculul numrului de dini ai roii conduse (z2=iz1) i compararea acestuia cu valoarea maxim admis; alegerea ctorva variante de lan, cu diferite valori ale pasului; calculul vitezei, pentru variantele alese, i compararea acesteia cu valoarea maxim admis pentru tipul de lan ales; calculul forei admisibile, din condiia de rezisten la strivire a peliculei de lubrifiant dintre bol i buc; calculul puterii transmise i a numrului de rnduri, pentru fiecare variant aleas; alegerea variantei optime cea cu pasul cel mai mic, care poate transmite puterea dat; calculul elementelor geometrice (, 1, 2, Aprel, W, L, Arec, A); calculul forelor din transmisie (Fu, F1, F2, Fa); verificarea coeficientului de siguran la ruperea static c=Sr /F1 ca, unde Sr este sarcina minim de rupere, dat n standarde; calculul elementelor geometrice ale roilor de lan; ntocmirea desenului de execuie al roilor.

11.8. ELEMENTE CONSTRUCTIVE I DE EXPLOATARE

11.8.1. Roi de lan

Roile de lan au geometria roii definit prin forma i mrimea profilelor dinilor n planele frontal i axial.

Organe de maini

180

Fig.11.12

Roile pentru lanurile cu buce sau role au profilul frontal al dinilor construit din semiarcul locaului rolei, flancul activ al profilului i arcul capului dintelui (fig.11.11, a). n fig.11.11, b sunt prezentate i profilele dinilor n plan axial, pentru lanul simplu, dublu i triplu. Standardele indic att modul de stabilire a elementelor geometrice ale roilor de lan ct i modul de ntocmire a desenelor de execuie a acestora.

11.8.2. Amplasarea transmisiilor prin lan

Transmisiile prin lan se amplaseaz astfel nct lanul s funcioneze n plan vertical. Amplasarea optim a transmisiilor prin lan este cea orizontal(fig.11.12, a) sau cea nclinat fa de orizontal cu un unghi mai mic de 450 (fig.11.12, b). Transmisiile amplasate vertical

(fig.11.12, c) necesit o reglare minuioas i obligatorie a ntinderii lanului, deoarece sgeata ce ia natere tinde s scoat zalele lanului din angrenarea cu dinii roii de lan inferioare; se impune evitarea amplasrii verticale a transmisiilor prin lan.

11.8.3. ntinderea lanurilor La transmisiile prin lan trebuie prevzut posibilitatea reglrii ntinderii lanului, deoarece n urma uzrii inevitabile a articulaiilor lanul se alungete. La transmisiile orizontale i la cele nclinate, ntinderea se

realizeaz datorit greutii proprii a ramurii antrenate, dac sgeata acestei ramuri este bine aleas. Reglarea ntinderii lanului se poate realiza prin deplasarea uneia din roile de lan sau folosind roi dinate sau role netede de reglare. Dispozitivul de ntindere trebuie s poat compensa alungiri n limitele a doi pai, dup o astfel de alungire urmnd s se ndeprteze dou zale ale lanului.

11.8.4. Ungerea transmisiilor prin lan

Pentru transmisiile puternic solicitate, se folosesc urmtoarele sisteme de ungere: prin cufundarea lanului n baia de ulei (prin barbotare), adncimea de cufundare nedepind limea eclisei - se aplic la v