Spis treści:
Mechanika – podobnie, jak elektronika – bazuje na zestawie pewnych podstawowych elementów budulcowych, które koniecznie trzeba znać. Dziś krótka lekcja o kołach pasowych.
W budowie maszyn możemy zetknąć się z rozmaitymi formami przeniesienia napędu pomiędzy różnymi podzespołami mechanizmów – np. z silnika na koła napędowe. Do najczęściej stosowanych należą przekładnie, których konstrukcja opiera się na kołach zębatych oraz pasowych. W tym artykule zajmiemy się tymi drugimi – omówimy rodzaje kół pasowych, najważniejsze informacje dotyczące ich stosowania w praktyce, a także przykładowe zastosowania przekładni pasowych w różnych dziedzinach techniki.
Zacznijmy od definicji
Według ogólnej definicji, koło pasowe to element maszynowy w formie krążka, służący do przenoszenia energii mechanicznej poprzez współpracę z paskiem napędowym. Jego głównym zadaniem jest przekazywanie ruchu obrotowego pomiędzy wałami maszyn, co pozwala na zmianę prędkości obrotowej oraz momentu obrotowego. Tyle teorii – w praktyce koła pasowe bardzo często są używane w różnego rodzaju pojazdach, maszynach przemysłowych, czy sprzęcie AGD oraz RTV, a tak szeroki zakres zastosowań wymusza spore zróżnicowanie budowy kół pasowych. Dlatego też warto znać podstawowe rodzaje tych elementów, z którymi można spotkać się w różnych mechanizmach.
Rodzaje kół pasowych
Zdecydowanie najprostsze konstrukcyjnie są koła pasowe płaskie. Służą one do przenoszenia mocy za pomocą pasków o gładkiej powierzchni wewnętrznej (roboczej), dzięki czemu zapewniają „miękki”, cichy przebieg, ale mogą mieć ograniczoną zdolność przenoszenia dużej mocy. Pod tym względem lepsze okazują się zębate koła pasowe – te posiadają już na swojej powierzchni specjalnie uformowane występy, które współpracują z rowkami w pasku zębatym.
Tego typu przekładnie pasowe umożliwiają przenoszenie większej mocy, niż koła płaskie (przy porównywalnej średnicy), generują jednak wyraźniejszy hałas podczas pracy przy wyższych prędkościach obrotowych. Precyzyjne koła pasowe zębate są określane mianem kół synchronicznych, co ma na celu podkreślenie bezpoślizgowego przebiegu i niewielkich luzów – stąd też można je spotkać w mechanice precyzyjnej, m.in. drukarkach 3D i skanerach do dokumentów.
Klinowe koła pasowe – jak sama nazwa wskazuje – mają wyżłobienie obwodowe w kształcie zbliżonym do klina (a dokładniej rzecz ujmując – trapezu), co pozwala na współpracę z odpowiednio dobranymi paskami klinowymi. Jest to zatem ulepszona wersja kół płaskich, umożliwiająca przenoszenie wyższej mocy przy porównywalnych rozmiarach.
Ostatnią odmianą kół pasowych, którą warto znać, są koła pasowe stopniowe, umożliwiające skokową zmianę stopnia przełożenia przekładni. Można je traktować jako sztywne połączenie (na wspólnym wale) kilku kół o rosnących stopniowo średnicach. Elementy te są używane w niektórych aplikacjach, gdzie potrzebna jest mechaniczna regulacja prędkości obrotowej.
Zasada działania kół pasowych
Przekładnia pasowa z paskiem płaskim lub klinowym działa w oparciu o zjawisko tarcia pomiędzy wewnętrzną powierzchnią paska, a kołami pasowymi. Kiedy jedno koło pasowe jest napędzane, przekazuje ono ruch obrotowy na pasek, a ten – przesuwając się z prędkością liniową, wynikającą z częstości obrotów oraz promienia koła napędowego – przenosi ów ruch na drugie koło. Ponieważ prędkość liniowa paska jest taka sama w każdym jego punkcie, to – przy założeniu braku poślizgów w układzie – możemy przyjąć, że z taką samą prędkością będą się poruszały punkty współpracujących ze sobą kół pasowych, leżące w miejscach styku z paskiem. Od średnicy kół napędzanych zależy zatem ich wynikowa prędkość obrotowa – pozwala to zwiększać lub zmniejszać częstotliwość obrotów zależnie od potrzeb.
Zastosowania kół pasowych
Jak już wspomnieliśmy wcześniej, przekładnie pasowe znalazły zastosowania w niezliczonych gałęziach techniki. Jedną z nich jest motoryzacja – w samochodach, motocyklach, kombajnach, traktorach i innych maszynach rolniczych koła pasowe wraz z odpowiednimi paskami klinowymi są używane do przenoszenia napędu z silnika na inne podzespoły, np. alternatory, pompy czy też sprężarki klimatyzacji. W przemyśle maszynowym paski można znaleźć w tokarkach, frezarkach oraz wiertarkach – tutaj często znajdują zastosowanie koła stopniowe, co pozwala na relatywnie proste przestawienie przełożenia przekładni pasowej w celu zmiany prędkości obrotowej – bez konieczności elektronicznego regulowania jej za pomocą silnika. Sprzęt AGD także intensywnie korzysta z pasków klinowych – dobrym przykładem będą tutaj m.in. pralki automatyczne i suszarki, w których przekładnia pasowa odpowiada za przeniesienie napędu z wału silnika na bęben urządzenia.
Kolejnym obszarem, w którym szeroko stosowane są przekładnie z kołami pasowymi, jest sprzęt RTV. Dawniej – jeszcze w epoce wszechobecnych kaset magnetofonowych i wideo (VHS) – paski były stosowane przenoszenia napędu na rolki, odpowiedzialne za przesuw taśmy nad głowicą. Nie sposób nie wspomnieć także o gramofonach, które za sprawą powrotu do czarnych krążków znów są w cenie – audiofile często wybierają urządzenia, w których napęd z silnika na talerz jest przenoszony właśnie za pomocą paska (według części użytkowników, takie rozwiązanie zapewnia cichszy, bardziej „kulturalny” obrót płyty w porównaniu do gramofonów z napędem bezpośrednim).
Z kolei w radioodbiornikach z dawnych lat, niewielkie koła pasowe współpracowały z systemem poruszającym wskazówką skali częstotliwości, w sposób precyzyjnie zsynchronizowany z obrotem kondensatora zmiennego, przestrajającego obwód rezonansowy odbiornika.
Napędy z kołami pasowymi można również znaleźć w licznych zastosowaniach, wykraczających poza przytoczone przykłady, m.in. w: wentylatorach i dmuchawach, pompach wodnych, olejowych czy paliwowych, systemach napędu wind osobowych i towarowych, dźwigach i transporterach taśmowych, sprzęcie fitness (bieżniach, rowerach stacjonarnych itp.), a także generatorach energii elektrycznej i wielu, wielu innych.
