تسمه و پولی چیست؟ + انواع تسمه و پولی
تسمه و پولی چیست؟
تسمه و پولی از مهمترین اجزای ماشین‌آلات و صنایع مختلف برای انتقال نیرو و حرکت دورانی هستند. استفاده از سیستم‌های پولی و تسمه به دلیل مزایایی نظیر سادگی، ارزان قیمت بودن و … در ماشین‌آلات رایج است. امروزه نیز کاربرد تسمه و پولی در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، کشاورزی، نساجی، برق و الکترونیک گسترده است.
تسمه و پولی دو قطعه مجزا هستند که با هم مکانیزم انتقال نیرو و حرکت دورانی را تشکیل می‌دهند. تسمه به نوار باریک و انعطاف‌پذیری گفته می‌شود که به دور پولی یا چرخ‌دنده می‌پیچد. پولی نیز شبیه چرخ‌دنده است و برای انتقال حرکت دورانی بین محور محرک و متحرک به کار می‌رود. پولی علاوه بر انتقال حرکت، تغییر سرعت دورانی را نیز ممکن می‌سازد.
پولی و تسمه با هم یک مکانیزم را تشکیل می‌دهند که در گذشته از زنجیر به جای آن استفاده می‌شد. اما با پیشرفت صنعت، تسمه جایگزین زنجیر شد تا انتقال نیرو و حرکت به صورت ایمن‌تر و کارآمدتری انجام شود. تسمه و پولی امروزه کاربرد فراوانی در صنایع مختلف دارند.
پولی یکی از اجزای اصلی در سیستم‌های انتقال قدرت است که معمولاً به شکل یک سیلندر با شیارهایی در مرکز طراحی می‌شود. تسمه به دور پولی می‌چرخد و باعث انتقال حرکت دورانی و گشتاور می‌شود. پولی‌ها به دو دسته متریک و اینچی تقسیم می‌شوند. تفاوت اصلی پولی‌های متریک و اینچی در گام آن‌هاست. در پولی‌های متریک، گام در هر سری متفاوت است. اما در پولی‌های اینچی، هر سری گام ثابت و استانداردی دارد.
وظیفه تسمه و پولی چیست؟
تسمه و پولی دو قطعه مکمل هم هستند که با همکاری یکدیگر وظیفه انتقال حرکت دورانی، توان و گشتاور را برعهده دارند و نقش مهمی در کارکرد مکانیزم‌های دوار ایفا می‌کنند و وظایف مشخصی برعهده دارند:
تسمه:
- انتقال نیرو و گشتاور از یک محور به محور دیگر
- ایجاد اتصال مکانیکی بین دو محور
- جذب ضربه و ارتعاشات سیستم‌های مکانیکی
- تغییر جهت چرخش
پولی:
- انتقال نیرو از طریق چرخش
- تنظیم فاصله بین محورهای متحرک و ثابت
- تغییر سرعت دورانی
- تغییر جهت چرخش
- نگهداری تسمه
کاربرد تسمه و پولی در صنعت
تسمه و پولی با توجه به تنوع و خصوصیات منحصر به فردی که دارند، کاربردهای متفاوتی نیز میتوانند داشته باشند. اما در حوزه صنعت، یکی از وظایف اصلی تسمه و پولی، انتقال حرکت از انواع الکتروموتور به گیربکس های صنعتی است.
به طور کلی از این قطعه برای کوپل گیربکس صنعتی و حتی در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی نیز استفاده می شود، چرا که در مصارف سنگین صنعتی، استفاده از چرخ دنده برای انتقال نیرو تقریبا دشوار و غیر ممکن است. به همین علت تسمه ها این اتصال را آسان کرده اند.
بنابراین تسمه و پولی کاربردهای متنوعی در انواع ماشین آلات و تجهیزات دارند:
- در صنایع خودروسازی برای انتقال قدرت از موتور به چرخ‌ها، سیستم تهویه مطبوع و سایر تجهیزات
- در دستگاه‌های کشاورزی مانند کمباین‌ها، تراکتورها و ماشین‌آلات برداشت محصول
- در صنایع سنگین مانند تولید فولاد، معدن‌کاری و سیمان‌سازی
- در نیروگاه‌ها و صنایع برق برای انتقال قدرت
- در صنایع چوب‌بری
- در صنایع چاپ و نشر
- در صنعت نساجی برای به حرکت درآوردن ماشین‌آلات
- در آسانسورها و سیستم‌های حمل و نقل ریلی
- در دستگاه‌های اداری مانند پرینترها، فتوکپی و دستگاه‌های اداری
- در وسایل نقلیه صنعتی مانند لیفتراک‌ها
- در تجهیزات الکترونیکی و برقی مانند فن‌ها
انتخاب تسمه و پولی مناسب
سه عامل مهم در انتخاب پولی و تسمه عبارتند از:
- جنس پولی: پولی‌های صنعتی معمولا از جنس آلومینیوم، چدن یا آهن ساخته می‌شوند که باید با توجه به کاربرد مورد نظر انتخاب شود.
- تعداد دندانه: تعداد دندانه‌های پولی باید متناسب با نیاز به انتقال قدرت و دقت باشد. هرچه تعداد دندانه بیشتر، دقت انتقال بالاتر می‌رود.
- عرض تسمه: عرض تسمه باید با عرض پولی سازگار باشد تا اتصال و انتقال قدرت صحیح انجام شود. هرچه عرض تسمه بیشتر باشد، قدرت انتقالی بیشتر است.
سایر نکات:
- تطابق تسمه و پولی از نظر اندازه
- برای دقت بالا از پولی با گام کوچک‌تر استفاده شود
- برای افزایش قدرت، پولی بزرگ‌تر و برای سرعت، پولی کوچک‌تر انتخاب شود
- پولی‌ها معمولا بدون سوراخ هستند و نیاز به تراشکاری دارند
- توجه به نسبت تبدیل گشتاور و سرعت، نوع تسمه، فاصله و تعداد دندانه‌ها
ضرایب مهم در انتخاب تسمه و پولی
آشنایی با این ضرایب برای انتخاب صحیح تسمه و پولی حائز اهمیت است.
- ضریب کاری: نشان می‌دهد یک پولی تا چه میزان می‌تواند بار را تحمل کند. هرچه این عدد بالاتر باشد، ظرفیت باربری پولی بیشتر است.
- ضریب انتقال: نشان‌دهنده نسبت قطر پولی متحرک به محرک است. هرچه بیشتر باشد، توان خروجی بالاتر و سرعت پایین‌تر است. برای سرعت بالاتر باید از پولی با ضریب انتقال کمتر از 1 استفاده کرد.
- ضریب شتاب: با توجه به ضریب انتقال، سرعت پولی را مشخص می‌کند. از تقسیم سرعت موردنیاز به سرعت موتور به دست می‌آید.
- ضریب خستگی: با در نظر گرفتن ساعات کاری روزانه، عمر مفید پولی را نشان می‌دهد.
تاثیر نسبت انتقال تسمه
نسبت انتقال تسمه در پولی‌ها بسیار حساس است و با توجه به این نسبت، می‌توان سرعت و قدرت خروجی را تغییر داد. اگر نسبت انتقال بالا باشد، قدرت خروجی افزایش می‌یابد ولی سرعت پولی کاهش می‌یابد. از طرفی، اگر نسبت انتقال کم باشد، قدرت خروجی کاهش یافته و سرعت پولی افزایش می‌یابد.
به عنوان مثال، در دستگاه‌هایی که نیاز به تغییر سرعت دارند، می‌توان از پولی‌ها استفاده کرد. با تنظیم نسبت انتقال تسمه در پولی، می‌توان سرعت و قدرت خروجی دستگاه را تغییر داد. همچنین در دستگاه‌هایی که نیاز به انتقال قدرت بین دو قسمت دارند، نیز می‌توان از پولی‌ها به عنوان وسیله انتقال قدرت استفاده کرد.
انواع تسمه و پولی
انواع پولی چیست؟
پولی (pulley) یا در اصطلاح عامیانه فولی که همان قرقره است، یکی از قطعاتی است که مثل چرخ دنده است و مانند چرخ عمل می‌کند. پولی ها اصولا روی یک محور یا شافت محرک یا متحرک نصب می شود. پولی‌ها به وسیله کابل و یا تسمه‌ها به یکدیگر متصل می‌شوند و با توجه به سایزی که دارند، قابلیت افزایش و کاهش سرعت را دارند.
در پولی ها نسبت انتقال تسمه از میزان حساسیت بالایی برخوردار است. اگر نسبت انتقال بالا باشد، قدرت خروجی افزایش می یابد و چرخش پولی به دور خود که همان تعداد دوران محسوب می شود، کاهش پیدا می کند و اگر نسبت انتقال کمتر از یک باشد، قدرت خروجی کاهش یافته و تعداد دوران خروجی افزایش می یابد.
یکی از کاربردهای این قطعه برای انتقال دور با فواصل محوری متغیر بین قطعه محرک و متحرک استفاده می شود. این قطعه علاوه بر این کار، وظیفه تغییر سرعت دوران را نیز به عهده دارد.
در ادامه به معرفی انواع پولی می‌پردازیم:
1-پولی ساده
پولی ساده دارای ساختاری بسیار مشخص و شبیه به یک رینگ شیاردار است که در نگهداری تسمه نقش مهمی دارد. طراحی پولی‌ها متنوع است و بسته به نوع تسمه ممکن است بدون شیار و صاف باشند.
یکی از مزایای پولی ساده، قیمت پایین آن است که منجر به هزینه کمتر تسمه مصرفی می‌شود. اما یکی از معایب آن این است که در شرایط دما و فشار بالا موجب سرخوردگی تسمه و کاهش ضریب انتقال می‌شود.
2-پولی تایمینگ یا سنکرون
انتخاب تسمه برای پولی تایمینگ بسیار حساس است و نیازمند تسمه‌های باریک‌تر است. تسمه‌های پولی تایمینگ بازدهی و انتقال توان بالاتری دارند. همچنین به دلیل عدم سرخوردگی، فشار کمتری به پولی وارد می‌کنند.
پولی تسمه تایمینگ ساختاری شبیه به زنجیر دارد و وظیفه آن ایجاد نسبت دور ثابت بین موتور و بار است. این پولی‌ها دندانه‌دار بوده و نیازمند تسمه‌های دندانه‌دار مانند تسمه تایم هستند. دندانه‌های تسمه و پولی در هم چفت شده و احتمال سرخوردگی را کاهش می‌دهند.
انواع تسمه چیست؟
تسمه (Belt) یک حلقه از جنس ماده‌ای انعطاف‌پذیر است که برای اتصال مکانیکی دو شفت چرخان یا بیشتر استفاده می‌شود. استفاده از تسمه ها هزینه، مشکلات و زحمت کمتری نسبت به استفاده از زنجیر ها دارند که یکی از دلایلی است که تسمه ها جایگزین زنجیرها شدند.
در ادامه به معرفی انواع تسمه می‌پردازیم:
1-تسمه مسطح یا تخت
تسمه‌های مسطح به صورت گسترده، در خطوط انتقال توان در کارخانه‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند. تسمه مسطح یک سیستم ساده انتقال توان است که برای زمان خود بسیار مناسب بود. آنها همچنین کاربردهای زیادی در کشاورزی، معدن‌کاری، چوب‌بری، ماشین چوب‌بر، نوار نقاله برای پر کردن مخازن ذرت یا انبارهای کاه، دستگاه های بسته‌بندی، پمپ‌های آب و ژنراتورهای الکتریکی دارند.
از آنجایی که تسمه‌های مسطح تمایل دارند به سمت بالای پولی حرکت کنند، پولی‌ها با سطح کمی محدب به جای صاف ساخته شده‌اند تا به تسمه اجازه دهند در حین حرکت، مرکزش را تنظیم کند. تسمه‌های مسطح نیز هنگام اعمال بارهای سنگین تمایل دارند روی صفحه قرقره بلغزند. مواد بسیاری برای پوشش سطح تسمه‌ها در دسترس هستند که میتوانند برای افزایش اصطکاک و در پی آن برای افزایش انتقال نیرو مورد استفاده قرار بگیرند. تسمه‌های مسطح از چرم و پارچه و یا از لاستیک و پلیمر ساخته می‌شوند.
2-تسمه گرد
تسمه‌های گرد به گونه‌ای طراحی شده‌اند تا به صورت ضربدری روی قرقره‌ها، با زاویه ۶۰ درجه با شیار وی‌شکل بسته شوند. شیارهای گرد فقط برای قرقره‌هایی که تسمه را هدایت می‌کنند یا زمانی که از تسمه‌های حلقه‌ای نرم استفاده می‌شود، مناسب هستند. تسمه‌ها با شیار وی‌شکل گشتاور را از طریق چسبندگی زیاد با قرقره منتقل می‌کنند و در نتیجه اصطکاک را افزایش می‌دهند.
تسمه گرد یکی از انواع تسمه ها است که معمولا به روی پولی های U شکل قرار می گیرد. اتصال این تسمه به پولی، یا به وسیله بست های فلزی صورت می گیرد و یا از طریق جوش دادن دو قطعه به یکدیگر. این نوع تسمه دارای تنوع در سایز هستند و همینطور مقرون به صرفه و دارای اصطکاک زیاد و تولید صدای کم هستند.
با این وجود، تسمه‌های گرد فقط برای موقعیت‌های گشتاور کم استفاده می شوند و یا بار سبک باشد و اصطکاک نیز اولویتی نداشته باشد. ممکن است در طول‌های مختلف خریداری شوند یا به طول برش داده شوند و سپس توسط یک منگنه، یک اتصال‌دهنده فلزی (در مورد پلاستیک توخالی)، چسب یا جوش (در مورد پلی اورتان) یه یکدیگر متصل شوند.
3-تسمه وی شکل یا ذوزنقه ای
تسمه V شکل مشکل سرخوردن و هم‌ترازی را حل کرده‌اند. در حال حاضر، این تسمه‌ها برای انتقال توان نقش تسمه اصلی را دارند. معمولاً بی‌پایان هستند و شکل معمول ضربدریشان به شکل ذوزنقه است ( به همین خاطر از حرف V بهره می‌برند) شکل V تسمه‌ها، شیار هم‌شکل خود بر روی قرقره را پیدا می‌کند و به همین دلیل از سر خوردن تسمه جلوگیری می‌کند.
این نوع تسمه ها تقریباً در همه صنایع سبک و سنگین کاربرد دارند، تنوع زیادی دارند. مانند تسمه های مسطح، جنس تسمه های V شکل هم از لاستیک و پلیمر بوده و بر خلاف تسمه های گرد در برابر لرزش مقاومت بالایی دارند. این دسته از تسمه ها انتقال قدرت را با سرعت بالایی انجام می دهند و معمولا در خودرو ها استفاده می شوند.
در صورتی که بار زیادی به آن ها وارد شود، تسمه به دور پولی یا قرقره قرار می گیرد و ثابت می ماند (دچار لغزش و جابجایی نمی شود)، در نتیجه بازدهی بهتری صورت می گیرد و اصطکاک میان قرقره و تسمه نیز کاهش می یابد. یکی از برتری هایی که تسمه های V شکل نسبت به سایر تسمه ها (به خصوص تسمه تخت) دارند، این است که فضای کمتری را اشغال می کنند اما به سبب ضخامت بالایی که نسبت به تسمه های تخت دارند، نیاز به قرقره یا پولی های بزرگتری دارند.
4-تسمه چندگانه یا چند شیار
یک تسمه چندگانه معمولا از 5 یا 6 تسمه V شکل که روی هم سوار شده‌اند تشکیل شده است. با این طراحی یک تسمه باریک‌تر برای همان صفحه محرک قبلی خواهیم داشت که اغلب با وجود عرض بیشتر، انعطاف بیشتری نیز دارد. این افزایش انعطاف موجب بالا رفتن راندمان می‌شود زیرا به هنگام خم‌شدن‌های متوالی تسمه، انرژی کمتری به هدر می‌رود. بالا رفتن راندمان در عمل با کاهش دمای تسمه همراه خواهد بود و یک تسمه در حال حرکت خنک‌تر می‌تواند عمر بیشتری برای خدمات‌رسانی داشته باشد.
مزیت دیگر تسمه با شیار چندگانه که باعث محبوبیت آن می‌شود این است که تسمه از طرف بدون شیار نیز می‌تواند از روی پولی یا قرقره‌ها عبور کند. اگرچه گاهی اوقات این کار با تسمه‌های V با یک پولی برای کشش انجام می‌شود، یک تسمه با شیار چندگانه ممکن است به اندازه کافی به دور یک قرقره در پشت آن پیچیده شود تا جهت آن را تغییر دهد یا حتی نیروی محرکهای سبک ایجاد کند.
- لایه کششی: لایه پلی‌استر تقویت‌شده یک عضو کششی کم‌کشش با استحکام بالا است که قادر به تحمل بارهای ضربه‌ای بر روی محرکهای دارای مراکز ثابت است.
- دنده‌های لاستیکی: لاستیک با عمر طولانی و الیاف مقاوم در برابر روغن، در دنده‌ها برای پشتیبانی از عضو کششی و انتقال بارها به قرقره استفاده می شود.
- ماده پشتیبانی: این ماده از نوعی بافت با الگوی متقاطع تشکیل شده و در برابر ترک‌خوردگی مقاوم است و مقاومت در برابر خراش و سایش ایجاد می‌کند.
- ماده عایق: از لاستیک مقاوم در برابر روغن و دما استفاده شده تا لایه کششی را به بقیه تسمه متصل کند.
5-تسمه آجدار
یک تسمه آجدار، تسمه انتقال توان دارای شیارهای طولی است. این تسمه به دلیل تماس بین آج‌های روی تسمه و شیارهای روی پولی می‌تواند عمل کند. از مزیت های آن توزیع یکسان کشش در عرض پولی در محل تماس با تسمه، محدوده توان تا ۶۰۰ کیلووات، نسبت سرعت بالا، تحریک مارپیچی (امکان رانش از طریق پشت تسمه)، عمر طولانی، پایداری، تحریک کششی همگن و کاهش لرزه‌ها را در اختیار ما قرار می‌دهد. تسمه آجدار ممکن است در کاربردهای مختلفی استفاده شود: کمپرسورها، ربات‌ها، دوچرخه‌های تناسب اندام، ماشین‌آلات کشاورزی، مخلوط‌کن مواد غذایی، ماشین لباسشویی، ماشین چمن‌زنی و غیره.
6-تسمه تایمینگ یا دندانه دار
این تسمه‌ها به تسمه‌های دندانه‌دار، بریده‌بریده، دنده‌ای یا سنکرون هم معروف هستند. یک تسمه انتقال مثبت (بدون سرخوردن) هستند و میتوانند حرکت نسبی را دنبال کنند. این تسمه‌ها دارای دندانه هستند که در داخل دندانه‌های مشابه پولی‌ها چفت می‌شوند. زمانی‌که به درستی کشیده شوند، با سرعت ثابت و بدون سرخوردگی حرکت می‌کنند و معمولا وظیفه انتقال مستقیم حرکت برای اهداف زمانی یا طی کردن فواصل مشخص بین دو ماشین را بر عهده دارند.
مزایا و معایب تسمه ها
- تسمه محرک ساده و ارزان است و به شفت‌هایی که با محورش هم‌تراز باشند، نیازی ندارد.
- از ماشین‌ها در برابر گیرکردن، تحمل بار اضافی و رطوبت محافظت می‌کند و صدا و لرزه هر دستگاه را ایزوله می‌کند.
- شوک ایجاد‌شده به دلیل نوسانات بار را جذب می‌کند (مثل حالت ارتجاعی بالش)
- به روغن‌کاری نیازی ندارند و تعمیرشان در حداقل مقدار است.
- راندمان بالا (۹۰ تا ۹۸ %، معمولا ۹۵%) و تلرانس بالا برای غیر‌هم‌تراز بودن دارند و در صورت دور بودن شفت‌ها، ارزان هستند.
- با کم کردن کشش سطحی تسمه، عمل کلاچ فعال می‌شود.
- به وسیله قرقره‌های پله‌ای یا مخروطی می‌توان به سرعت‌های مختلف دست یافت.
- به دلیل سرخوردگی یا کشیدگی، نسبت سرعت زاویه‌ای ممکن است ثابت یا مساوی با قطر قرقره‌ها نباشد. اما این مشکل با استفاده از تسمه‌های آجدار حل شده‌است.
- محدوده دمایی بین ۳۱- درجه فارنهایت (۳۵- درجه سانتی‌گراد) تا ۱۸۵ درجه فارنهایت (۸۵ درجه سانتی‌گراد) دارند.
- تنظیم فاصله مرکزی یا اضافه کردن یک قرقره برای جبران اثرات کشیدگی و افتادگی بسیار حیاتی است.
تسمه و پولی چه مزیتی نسبت به زنجیر دارد؟
همانطور که در ابتدا نیز اشاره کردیم، می توان گفت تسمه و پولی ها به تازگی وارد بازار شده اند و در گذشته از انواع زنجیر صنعتی به جای آن استفاده می شد. اما پس از گذشت مدت ها و کسب تجربه در رابطه با برتری این دو نسبت به یکدیگر، متخصصان مرتبط با این حوزه دریافتند که استفاده از تسمه و پولی نسبت به استفاده از زنجیرها از هر جهت مناسب تر است. دلیل آن هم تفاوت میان تسمه پولی و زنجیر است.
در ادامه دلایلی که ممکن است انتخاب تسمه و پولی را به زنجیر ترجیح بدهیم، مطرح خواهیم کرد:
- تنوع بالا در طرح و ساختار
- قیمت مناسب و مقرون به صرفه
- حجم کمتری را اشغال می کنند
- فلزی نیستند، بنابراین در محیط‌هایی که استفاده از فلز مناسب نیست، بسیار مناسب هستند
- صدای کمتری نسبت به زنجیرها تولید می‌کنند
- قابلیت استفاده در محیط‌های مختلف و حتی در شرایط آب و هوایی سخت
- قابلیت انعطاف پذیری بالا برای طراحی مناسب
- به دلیل وزن کمی که دارند، وزن کلی دستگاه را نیز کاهش می دهند
- احتیاجی به روغن کاری و گریس کاری مداوم ندارند
- شتاب بالاتری دارند و باعث افزایش سرعت و کارایی دستگاه می‌شوند
- قابلیت استفاده از پولی های آلومینیومی برای کاهش وزن و افزایش کارایی دستگاه
نتیجه گیری
به طور کلی می‌توان گفت تسمه و پولی اجزای مهم و حیاتی در انتقال نیرو و حرکت دورانی در ماشین‌آلات و تجهیزات صنعتی هستند و استفاده از تسمه و پولی به عنوان یک ابزار برای انتقال قدرت و حرکت، در صنعت و بازارهای مختلف بسیار رایج است. انتخاب صحیح و مناسب آن بر اساس نیاز و کاربرد مورد نظر، نقش مهمی در بهبود کارایی، عمر مفید و کاهش هزینه‌های نگهداری سیستم‌های مکانیکی دارد.
آشنایی با انواع پولی، تسمه و خصوصیات فنی آنها و همچنین بهره‌گیری از نرم‌افزارهای تخصصی، می‌تواند طراحی و انتخاب بهینه‌ای را میسر سازد. رعایت استانداردها، دستورالعمل‌های نصب و نگهداری پولی و تسمه نیز در عملکرد صحیح و افزایش عمر مفید سیستم بسیار حائز اهمیت است.