Ременную передачу относят к передачам трением с гибкой связью. Она состоит из ведущего и ведомого шкивов и ремня, надетого на шкивы предварительным натяжением (рис. 13.1). Нагрузку передают силы трения, возникающие между шкивами и ремнем. Являются разновидностью фрикционных передач, где движение передаётся посредством специального кольцевого замкнутого ремня.
Ре менные передачи применяются для приводаагрегатов от электродвигателей малой и средней мощности; для привода от маломощных двигателей внутреннего сго рани я.
Достоинства ременных передач.
1. Простота конструкции.
2. Возможность передачи движения на значительные расстояния (до 15 м).
3. Возможность работы с высокими частотами вращения.
4. Плавность и бесшумность работы.
5. Смягчение вибраций и толчков.
6. Предохранение механизмов от перегрузок за счет возможности проскальзывания ремня (к передачам зубчатым ремнем это свойство не относится).
Недостатки.
Большие радиальные размеры.
Малая долговечность ремня.
Большие нагрузки на валы и подшипники.
Непостоянство передаточного число.
Применение . Ременные передачи применяют в большинстве случаев для передачи движения от электродвигателя, когда по конструктивным соображениям межосевое расстояние а должно быть достаточно большим, а передаточное число и может быть не строго постоянным (приводы стан- ков, конвейеров, дорожных и строительных машин и др.). Передачи зубчатым ремнем можно применять и в приводах, требующих постоянного значения и. Мощность, передаваемая ременной передачей, обычно до 50 кВт, хотя может достигать 2000 кВт и больше. Скорость ремня v = 5...50 м/с, а в высокоскоростных передачах до 100 м/с и выше. Ограничение мощности и скорости вызвано большими габаритами передачи, ухудшением условий работы ремня, малыми значениями долговечности и КПД.
В зависимости от формы поперечного сечения ремня передачи бывают: плоским ремнем, клиновым ремнем, круглым ремнем, поликлиновым ремнем. Наибольшее применение в машиностроении имеют клиновые и поликлиновые ремни. Передачу круглым ремнем применяют в приводах малой мощности (настольные станки, приборы). Разновидностью ременной передачи является передача зубчатым ремнем; передающая нагрузку путем зацепления ремня со шкивами. Плоские ремни применяются как простейшие, с минимальными напряжениями изгиба, а клиновые имеют повышенную тяговую способность.
Клиновые ремни применяют по несколько штук, чтобы варьировать нагрузочную способность и несколько повысить надёжность передачи. Кроме того, один толстый ремень, поставленный вместо нескольких тонких будет иметь гораздо большие напряжения изгиба при огибании шкива.
Основные геометрические соотношения ременных передач
1. Межосевое расстояние а ременной передачи определяет в основном конструкция привода машины. Рекомендуют: для передач плоским ремнем a ≥ 1,5(d 2 +d 1) (13.1) для передач клиновым и поликлиновым ремнем a ≥0,55(d 2 + d 1)+ h ,(13.2) где d 1 и d 2 - диаметры шкивов; h - высота сечения ремня.
2. Расчетная длина ремня L Р равна сумме длин прямоли- нейных участков и дуг обхвата шкивов 13.3) По найденному значению из стандартного ряда выбирают ближайшую бульшую расчетную длину ремняL p . При соединении концов длину ремня увеличивают на 30...200 мм.
3. Межосевое расстояние при окончательно установленной длине ремня L p (13.4)
4. Угол обхвата ремнем малого шкива. (13.5) Для передачи ремнем рекомендуютα 1 ≥150 α , клиновым или поликлиновым - α 1 ≥110 .
Автомобильная механика включает в себя довольно большое число механизмов, которые передают различные вращательные или поступательные движения на другие устройства. Одним из таких устройств является клиноременная передача. В этой статье мы постараемся как можно подробнее рассказать, что это такое, для чего она нужна и как работает?
Ременная передача – это способ передачи вращающей механической энергии от его источника на другой механизм. В данном случае, такой энергией выступает вращающий момент. Любая ременная передача состоит из одного ремня и двух шкивов как минимум.
Ремень, как правило, изготавливается из резины, прошедшей специальную обработку, которая позволяет ей стойко переносить не слишком сильные механические воздействия на растяжение и некоторые термические отклонения. Существует множество разновидностей ременных передач, но мы остановимся на самом распространенном варианте – клиноременной, которая получила достаточно широкое распространение в автомобилестроении.
Клиноременная передача выполнена в виде ремня клинообразной формы и соответствующих шкивов. Шкив клиноременной передачи представляет собой металлический диск со специальными ответвлениями по окружности, предназначенными для самого ремня. Ремень, в свою очередь имеет два варианта исполнения: зубчатый ремень или гладкий.
Изначально таким ремнем приводилось большое количество различных механизмов автомобиля. Основными и по сей день остаются генератор и водяной насос. На грузовых и многих других современных автомобилях с помощью такого ремня приводятся в движение специальные и воздушные компрессоры для усилителей тормозной системы автомобиля.
Главной особенностью шкива клиноременной передачи должна быть специальная канава для ремня. Без нее, данный ремень попросту соскочит с механизма, так как имеет сравнительно малую толщину. Такой подход позволяет сократить место, занимаемое ременным приводом за чет уменьшения его габаритов.
Размеры шкивов зависят от передаточного соотношения. Если передача понижающая, то ведущий шкив должен быть меньше ведомого и наоборот.
Ремень же должен обладать определенной мягкостью в различных погодных условиях. Так как автомобиль предназначен для эксплуатации в зимний и летний период, а значит, ремень не должен терять своих эластичных свойств не при каких обстоятельствах. Применение любого другого ремня в клиноременной передаче недопустимо.
Как и все механизмы, ременная передача тоже имеет свои преимущества и недостатки, решить все из которых, к сожалению, не удается, что позволяет применять этот механизм только в определенной деятельности.
Достоинства:
Недостатки:
Вот и все, что собой представляет клиноременная передача. В современном машиностроении она играет далеко не последнюю роль, поэтому не стоит ее недооценивать.
| Тип ремня | Обозначение сечения | Размеры сечения, мм | Предельная длина L p , мм | Минимальный диаметр шкива d p min, мм |
Размеры канавок в шкивах, мм | |||||||
| l p | ω | Т 0 | b | h | e | f | α град при d p min | d p > при α=40° | ||||
| Нормального сечения (ГОСТ 1284.1-80 и ГОСТ 1284.3-80) | О | 8,5 | 10 | 6 | 400-2500 | 63 | 2,5 | 7,0 | 12 | 8 | 34 | 180 |
| А | 11 | 13 | 8 | 560-4000 | 90 | 3,3 | 8,7 | 15 | 10 | 34 | 450 | |
| Б | 14 | 17 | 10,5 | 800-6300 | 125 | 4,2 | 10,8 | 19 | 12,5 | 34 | 560 | |
| В | 19 | 22 | 13,5 | 1800-10000 | 200 | 5,7 | 14,3 | 25,5 | 17 | 36 | 710 | |
| Г | 27 | 32 | 19 | 3150-14000 | 315 | 8,1 | 19,9 | 37 | 24 | 36 | 1000 | |
| Д | 32 | 38 | 23,5 | 4500-18000 | 500 | 9,6 | 23,4 | 44,5 | 29 | 36 | 1250 | |
| Е | 42 | 50 | 30 | 6300-18000 | 800 | 12,5 | 30,5 | 58 | 38 | 38 | 1600 | |
| Узкого сечения (РТМ 38 40545-79) | УО | 8,5 | 10 | 8 | 630-3550 | 63 | 2,5 | 10 | 12 | 8 | 34 | 180 |
| УА | 11 | 13 | 10 | 800-4500 | 90 | 3 | 13 | 15 | 10 | 34 | 450 | |
| УБ | 14 | 17 | 13 | 1250-8000 | 140 | 4 | 17 | 19 | 12,5 | 34 | 560 | |
| УВ | 19 | 22 | 18 | 2000-8000 | 224 | 5 | 19 | 25,5 | 17 | 34 | 710 | |
Стандартом предусмотрены пределы d=40-2000 мм; В=16-630 мм. Ширину ремня b берут на один размер меньше ширины шкива. Рабочая поверхность шкива может быть цилиндрической или выпуклой для центрирования ремня на шкиве. Стрела выпуклости 0,3-6 мм (пропорционально диаметру шкива).
Клиноременная передача применяется при скорости от 5 до 30 м/с для нормального и от 5 до 40 м/с для узкого сечения соответственно. Передаваемая мощность до 50 кВт, передаточное число n<7, число ремней в передаче 2-8. Клиновые ремни выполняются бесконечными прорезиненными, трапецеидальной формы с несущим слоем в виде нескольких слоев кордткани или шнура. В зависимости от соотношения ширины и высоты ремни изготовляют трех типов: нормального, узкого и широкого, применяемого в бесступенчатых передачах (вариаторах) по ГОСТ 24848.1-81 и ГОСТ 24848.3-81.
Стандартизированы следующие расчетные (по нейтральной линии) длины ремней: 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000,. 2240, 2500, 2800, 3150, 3550, 4000, 4500, 5000, 5600, 6300, 7100, 8000, 9000, 10 000, 11200, 12 500, 14 000, 16 000, 18 000.
Шкивы имеют в ободе канавки под клиновой ремень. Угол канавок варьируется в диапазоне от 34° до 40° и зависит от диаметра шкива.
| Обозначение сечения | Размеры сечения, мм | Предельная длина, мм | Рекомендуемое число ребер | Наименьший диаметр малого шкива, мм | |||
| t | H | h | δ | ||||
 |
|||||||
| К | 2,4 | 4 | 2,35 | 1 | 355-2500 | 2-35 | 40 |
| Л | 4,8 | 9,5 | 4,85 | 2,5 | 1250-4000 | 4-20 | 80 |
| М | 9,5 | 16,7 | 10,35 | 3,5 | 2000-4000 | 4-20 | 180 |
Применяется при скорости: 35-40 м/с и передаточном числе n=10-15. Ремень выполняется бесконечным резиновым с клиновыми выступами на внутренней стороне и несущим слоем из кордшнура. Размеры ремней приведены в справочной таблице.
Основные размеры зубчатых ремней
| Модуль, мм | Ширина 6, мм | Число зубьев Zp |
| 1 | 3-12,5 | 40-160 |
| 1,5 | 3-20 | |
| 2 | 5-20 | |
| 3 | 12,5-50 | |
| 4 | 20-100 | 48-250 |
| 5 | 25-100 | 48-200 |
| 7 | 40-125 | 56-140 |
| 10 | 50-200 | 56-100 |
Зубчато-ременная передача применяется при скоростях 50 м/с и мощности до 100 кВт при передаточном числе n:12 (20). Ее преимущества: отсутствие скольжения, малые габариты, незначительное начальное натяжение. В соответствии с ОСТ 38 05246-81 ремни изготовляются замкнутой длины из неопрена или полиуретана и армируются металлическим тросом.
Зубья ремней имеют трапецеидальную или полукруглую форму. Во избежание схода ремня шкивы имеют по одному ограничительному диску с разных сторон либо малый шкив имеет два диска с обеих сторон.
Дисбаланс шкивов
| Окружная скорость шкива, м/с | Допускаемый дисбаланс, г*м | Окружная скорость шкива, м/с | Допускаемый дисбаланс, г*м |
| от 5 до 10 | 6 | от 20 до 25 | 1-6 |
| от 10 до 15 | 3 | от 25 до 40 | 1,0 |
| от 15 до 20 | 2 | от 40 | 0,5 |
Работы по переборке электродвигателя подходят к завершению. Приступаем к расчёту шкивов ремённой передачи станка. Немного терминологии по ремённой передаче.
Главными исходными данными у нас будут три значения. Первое значение это скорость вращения ротора (вала) электродвигателя 2790 оборотов в секунду. Второе и третье это скорости, которые необходимо получить на вторичном валу. Нас интересует два номинала 1800 и 3500 оборотов в минуту. Следовательно, будем делать шкив двухступенчатый.
Заметка! Для пуска трёхфазного электродвигателя мы будем использовать частотный преобразователь поэтому расчётные скорости вращения будут достоверными. В случае если пуск двигателя осуществляется при помощи конденсаторов, то значения скорости вращения ротора будут отличаться от номинального в меньшую сторону. И на этом этапе есть возможность свести погрешность к минимуму, внеся поправки. Но для этого придётся запустить двигатель, воспользоваться тахометром и замерить текущую скорость вращения вала.
Наши цели определены, переходим выбору типа ремня и к основному расчёту. Для каждого из выпускаемых ремней, не зависимо от типа (клиноременный, поликлиновидный или другой) есть ряд ключевых характеристик. Которые определяют рациональность применения в той или иной конструкции. Идеальным вариантом для большинства проектов будет использование поликлиновидного ремня. Название поликлиновидный получил за счет своей конфигурации, она типа длинных замкнутых борозд, расположенных по всей длине. Названия ремня происходит от греческого слова «поли», что означает множество. Эти борозды ещё называют по другому - рёбра или ручьи. Количество их может быть от трёх до двадцати.
Поликлиновидный ремень перед клиноременным имеет массу достоинств, таких как:
Принимая во внимание все достоинства поликлиновидных ремней, мы будем использовать именно этот тип в наших конструкциях. Ниже приведена таблица пяти основных сечений самых распространённых поликлиновидных ремней (PH, PJ, PK, PL, PM).
| Обозначение | PH | PJ | PK | PL | PM |
| Шаг ребер, S, мм | 1.6 | 2.34 | 3.56 | 4.7 | 9.4 |
| Высота ремня, H, мм | 2.7 | 4.0 | 5.4 | 9.0 | 14.2 |
| Нейтральный слой, h0, мм | 0.8 | 1.2 | 1.5 | 3.0 | 4.0 |
| Расстояние до нейтрального слоя, h, мм | 1.0 | 1.1 | 1.5 | 1.5 | 2.0 |
| 13 | 20 | 45 | 75 | 180 | |
| Максимальная скорость, Vmax, м/с | 60 | 60 | 50 | 40 | 35 |
| Диапазон длины, L, мм | 1140…2404 | 356…2489 | 527…2550 | 991…2235 | 2286…16764 |
Рисунок схематичного обозначения элементов поликлиновидного ремня в разрезе.
Как для ремня, так и для ответного шкива имеется соответствующая таблица с характеристиками для изготовления шкивов.
| Сечение | PH | PJ | PK | PL | PM |
| Расстояние между канавками, e, мм | 1,60±0,03 | 2,34±0,03 | 3,56±0,05 | 4,70±0,05 | 9,40±0,08 |
| Суммарная погрешность размера e, мм | ±0,3 | ±0,3 | ±0,3 | ±0,3 | ±0,3 |
| Расстояние от края шкива fmin, мм | 1.3 | 1.8 | 2.5 | 3.3 | 6.4 |
| Угол клина α, ° | 40±0,5° | 40±0,5° | 40±0,5° | 40±0,5° | 40±0,5° |
| Радиус ra, мм | 0.15 | 0.2 | 0.25 | 0.4 | 0.75 |
| Радиус ri, мм | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.4 | 0.75 |
| Минимальный диаметр шкива, db, мм | 13 | 12 | 45 | 75 | 180 |
Минимальный радиус шкива задаётся не спроста, этот параметр регулирует срок службы ремня. Лучше всего будет если немного отступить от минимального диаметра в большую сторону. Для конкретной задачи мы выбрали самый распространённый ремень типа «РК». Минимальный радиус для данного типа ремней составляет 45 миллиметров. Учтя это, мы будем отталкиваться ещё и от диаметров имеющихся заготовок. В нашем случае имеются заготовки диаметром 100 и 80 миллиметров. Под них и будем подгонять диаметры шкивов.
Начинаем расчёт. Приведём ещё раз наши исходные данные и обозначим цели. Скорость вращения вала электродвигателя 2790 оборотов в минуту. Ремень поликлиновидный типа «РК». Минимальный диаметр шкива, который регламентируется для него, составляет 45 миллиметров, высота нейтрального слоя 1,5 миллиметра. Нам нужно определить оптимальные диаметры шкивов с учётом необходимых скоростей. Первая скорость вторичного вала 1800 оборотов в минуту, вторая скорость 3500 оборотов в минуту. Следовательно, у нас получается две пары шкивов: первая 2790 на 1800 оборотов в минуту, и вторая 2790 на 3500. Первым делом найдём передаточное отношение каждой из пар.
Формула для определения передаточного отношения:
, где n1 и n2 - скорости вращения валов, D1 и D2 - диаметры шкивов.
Первая пара 2790 / 1800 = 1.55
Вторая пара 2790 / 3500 = 0.797
, где h0
нейтральный слой ремня, параметр из таблицы выше.
D2 = 45x1.55 + 2x1.5x(1.55 - 1) = 71.4 мм
Для удобства расчётов и подбора оптимальных диаметров шкивов можно использовать онлайн калькулятор.
Инструкция как пользоваться калькулятором . Для начала определимся с единицами измерений. Все параметры кроме скорости указываем в милиметрах, скорость указываем в оборотах в минуту. В поле «Нейтральный слой ремня» вводим параметр из таблицы выше столбец «PК». Вводим значение h0 равным 1,5 миллиметра. В следующем поле задаём скорость вращения валя электродвигателя 2790 оборотов в минуту. В поле диаметр шкива электродвигателя вводим значение минимально регламентируемое для конкретного типа ремня, в нашем случае это 45 миллиметров. Далее вводим параметр скорости, с которым мы хотим, чтобы вращался ведомый вал. В нашем случае это значение 1800 оборотов в минуту. Теперь остаётся нажать кнопку «Рассчитать». Диаметр ответного шкива мы получим соответствующем в поле, и оно составляет 71.4 миллиметра.
Примечание: Если необходимо выполнить оценочный расчёт для плоского ремня или клиновидного, то значением нейтрального слоя ремня можно пренебречь, выставив в поле «ho» значение «0».
Теперь мы можем (если это нужно или требуется) увеличить диаметры шкивов. К примеру, это может понадобится для увеличения срока службы приводного ремня или увеличить коэффициент сцепления пара ремень-шкив. Также большие шкивы иногда делают намеренно для выполнения функции маховика. Но мы сейчас хотим максимально вписаться в заготовки (у нас имеются заготовки диаметром 100 и 80 миллиметров) и соответственно подберём для себя оптимальные размеры шкивов. После нескольких переборов значений мы остановились на следующих диаметрах D1 - 60 миллиметров и D2 - 94,5 миллиметров для первой пары.
Ременная передача – это передача гибкой связью (рис. 5.2), состоящая из ведущего 1 и ведомого 2 шкивов и надетого на них ремня 3 . В состав передачи могут также входить натяжные устройства и ограждения. Возможно использование нескольких ведомых шкивов и нескольких ремней. Шкивы жестко закреплены на ведущем и ведомом валах.
Основное назначение – передача механической энергии с понижением частоты вращения.
По принципу действия различают передачи трением (большинство передач) и зацеплением (зубчато-ременные). В зависимости от формы поперечного сечения ремня различают ременные передачи: плоские, клиновые , поликлиновые, круглые, квадратные. Клиновые, поликлиновые, зубчатые и быстроходные плоские ремни изготавливают бесконечно замкнутыми. Плоские ремни преимущественно выпускают конечными – в виде длинных лент.
Достоинства ременных передач трением: отсутствие смазочной системы, простота и низкая стоимость конструкции, предохранение от резких колебаний нагрузки и ударов, возможность передачи движения на значительные расстояния, защита от перегрузки за счет проскальзывания ремня по шкиву, плавность и низкая шумность работы.
Недостатки: малая долговечность ремней в быстроходных передачах; значительные габариты; непостоянство передаточного отношения (из-за проскальзывания ремней на шкивах); необходимость защиты ремня от попадания масла; значительные силы, действующие на валы и опоры.
Для определения передаточного отношения ременной передачи принимают, что ремень не вытягивается и не проскальзывает на шкивах. Такое допущение не вносит существенной погрешности в расчеты, поскольку линейная скорость [м/с] любой точки, лежащей на поверхности вращающегося тела (в нашем случае - ведущего шкива), определяется как
где – угловая скорость, рад/с; - диаметр шкива, м; - число оборотов в минуту, об/мин.
Так как любая точка ремня, совпадающая с рассматриваемой точкой ведущего шкива, движется с той же линейной скоростью (а значит, и те точки ремня, которые контактируют с ведомым шкивом, и совпадающие с ними точки ведомого шкива имеют ту же линейную скорость).
Соответственно также определяется и линейная скорость любой точки обода ведомого шкива: При этом отношение линейных скоростей и ведомого, и ведущего шкивов равно , или и, следовательно, или .
Передаточное отношение передачи выражается отношением диаметров ведомого и ведущего шкивов:
Углы и (см. рис. 5.2), соответствующие дугам, по которым касаются ремень и шкив, называются углами обхвата .
Поскольку ременная передача передает вращение за счет сил трения между ремнем и шкивом, ее работоспособность существенно зависит от углов обхвата, определяющим из которых является угол обхвата на меньшем шкиве. Его величина в первую очередь зависит от расстояния между центрами шкивов (межосевое расстояние) и передаточного отношения. Практика показала, что плоскоременная передача работает нормально, если угол обхвата не менее 120 градусов. Это требование выполняется, если соблюдаются следующие условия: межосевое расстояние не меньше удвоенной суммы диаметров шкивов.
Можно обеспечить работоспособность плоскоременной передачи и при больших передаточных отношениях, применив натяжной ролик 4 (см. рис. 5.3), который увеличит угол обхвата на меньшем шкиве.
Предельная окружная скорость плоскоременной передачи в зависимости от материала ремня лежит в пределах 20…40 м/с.
Более совершенным видом передачи движения гибкой связью является клиноременная, где на ободе шкивов сделаны канавки, в которые входит ремень, имеющий в поперечном сечении форму трапеции. В этих передачах полезная нагрузка передается за счет сил трения между боковыми поверхностями ремня и канавок шкивов. Трапециевидное сечение ремня за счет расклинивания увеличивает его сцепление со шкивом и повышает тяговую способность передачи. Это дает возможность осуществления более высоких передаточных отношений (до 7 и даже до 10), возможность применения при малых межцентровых расстояниях.
Если для плоскоременной передачи межцентровое расстояние
то для клиноременной передачи , что позволяет одной передачей осуществить вращение нескольких ведомых валов без применения натяжных роликов.
На кинематических схемах ременные передачи имеют соответствующие условные обозначения (на рис. 5.4, а с плоским, а на рис. 5.4, б - с клиновым ремнями).
В последнее время стали широко применяться зубчато-ременные передачи. На рабочей поверхности ремня имеются выступы - зубья, которые входят в зацепление с аналогичными зубьями на шкивах. Такие передачи работают без скольжения, что обеспечивает постоянство передаточного отношения.
В некоторых случаях применяют более сложную ременную передачу - многоступенчатую (рис. 5.5), состоящую из нескольких ступеней (пар шкивов).
Передаточные отношения отдельных ступеней ( , , ) выражаются через соотношения диаметров ведомых () и ведущих () шкивов. Применительно ко всей передаче - диаметр ведущего шкива, а - диаметр ведомого шкива, однако их отношение не будет искомым передаточным отношением всей передачи, так как эти шкивы не связаны единым ремнем.
Определим требуемое соотношение, приняв во внимание, что ведущий вал (не шкив!) каждой последующей ступени одновременно является ведомым валом предыдущей.
Передаточное отношение первой пары шкивов
Передаточное отношение второй пары шкивов
Так как шкивы диаметром и закреплены на одном валу, .
Передаточное отношение третьей пары шкивов
а , следовательно, .
Передаточное отношение всей передачи
Таким образом, передаточное отношение ременной многоступенчатой передачи равно произведению передаточных отношений отдельных ее ступеней.
