Передача механической энергии, осуществляемая гибкой связью за счет трения между ремнем и шкивом, называется ременной. Ременная передача состоит из ведущего и ведомого шкивов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга и огибаемых приводным ремнем (рис. 182). Чем больше напряжение, угол обхвата шкива ремнем и коэффициент трения, тем больше передаваемая нагрузка. В зависимости от формы поперечного сечения ремня передачи бывают: плоскоременные (рис. 183, I), клиноременные (рис. 183, II) и круглоременные (рис. 183, III). Наибольшее распространение в машиностроении получили плоские и клиновидные ремни. Плоские ремни испытывают минимальное напряжение изгиба на шкивах, клиновидные благодаря клиновому воздействию со шкивами характеризуются повышенной тяговой способностью. Круглые ремни применяют в небольших машинах, например в машинах швейной и пищевой промышленности, настольных станках и приборах.
Рис. 182
Рис. 183
К достоинствам ременных передач относятся: возможность передачи вращательного движения на большие расстояния (до 15 м): простота конструкции и малая стоимость; плавность хода и безударность работы; легкость ухода и обслуживания.
Однако ременные передачи громоздки, недолговечны в быстроходных механизмах, не позволяют получать постоянного передаточного отношения из-за проскальзывания ремня, создают повышенные нагрузки на валы и опоры (подшипники), так как суммарное натяжение ветвей ремня значительно больше окружной силы передачи. Кроме того, во время эксплуатации ременной передачи не исключена возможность соскакивания и обрыва ремня, поэтому эти передачи нуждаются в постоянном надзоре.
В зависимости от расположения осей шкивов и назначения различаются следующие типы плоскоременных передач:
Рис. 184
Плоскоременная передача проста по своей конструкции, применяется при больших межосевых расстояниях (до 15 м) и высоких скоростях (до 100 м/с) при пониженной долговечности.
В клиноременной передаче гибкая связь осуществляется приводным ремнем трапецевидного сечения с углом профиля? равном 40° (в недеформированном состоянии). По сравнению с плоским ремнем клиновидный ремень передает большие тяговые усилия, но передача с таким ремнем имеет пониженный КПД.
Клиноременные передачи целесообразно использовать при больших передаточных отношениях, малых межосевых расстояниях и вертикальном расположении осей валов. Скорость ремней клиноременной передачи не должна превышать 30 м/с. В противном случае клиновидные ремни будут вибрировать.
Клиновидные ремни для приводов общего назначения стандартизированы ГОСТ 1284.1-89.
При монтаже клиноременной передачи особое внимание обращают на правильность III установки клиновидного ремня в канавке обода шкива (рис. 185).
Рис. 185
Приводные ремни . Любой приводной ремень служит тяговым органом. Он должен обладать определенной тяговой способностью (передавать заданную нагрузку без пробуксовывания), иметь достаточную прочность, долговечность, износостойкость, хорошее сцепление со шкивом и невысокую стоимость.
Плоские ремни изготовляют разной ширины, конструкции и из различных материалов: хлопчатобумажных, прорезиненных, шерстяных тканей и кожи. Выбор материала для ремней обусловлен условиями работы (атмосферные влияния, вредные пары, температурные изменения, ударные нагрузки и т. п.) и тяговой способностью. Приводные ремни (прорезиненные) стандартизированы.
Клиновидные ремни бывают двух типов: кордтканевые и кордшнуровые. В кордтканевых ремнях (рис. 186, I) корд выполнен в виде нескольких слоев кордткани с основой в виде крученых шнуров толщиной 0,8-0,9 мм. В кордшнуровых ремнях (рис. 186, II) корд состоит из одного слоя кордшнура, намотанного по винтовой линии и заключенного в тонкий слой резины для уменьшения трения. Эти ремни используются в быстроходных передачах и являются гибкими, надежными и долговечными.
Рис. 186
Примечание. Корд - прочная крученая нить из хлопчатобумажного или искусственного волокна.
В последние годы в отечественном машиностроении все больше стали применять зубчатые (полиамидные) ремни. Эти ремни сочетают в своей конструкции все преимущества плоских ремней и зубчатых зацеплений (рис. 187). На рабочей поверхности ремней 4 имеются выступы, которые входят в зацепление в выступами на шкивах 1,2 и З. Полиамидные ремни пригодны для высокоскоростных передач, а также для передач с небольшим межосевым расстоянием. Они допускают значительные перегрузки, очень надежны и прочны.
Рис. 187
Концы ремней соединяют склейкой, сшивкой и металлическими соединителями. Склейку однородных ремней (кожаных) осуществляют по косому срезу на длине, равной 20...25-кратной толщине ремня (рис. 188, I), а слойных ремней - по ступенчатой поверхности с числом ступеней не менее трех (рис. 188, II). Места соединения прорезиненных ремней после склеивания вулканизируют.
Сшивку применяют для ремней всех типов. Она производится посредством жильных струн или ушивальниками-ремешками из сыромятной кожи (рис. 188, III). Более совершенной и надежной считают сшивку встык жильными струнами с наклонными проколами (рис. 188, IV).
Рис. 188
Механические соединители применяют для всех ремней, кроме быстроходных. Они позволяют осуществить быстрое соединение, но увеличивают его массу (рис. 188, V). Особенно хорошую работу обеспечивают шарнирные соединения проволочными спиралями (рис. 188, VI). Спирали продевают через ряд отверстий, и после прессования они обжимают ремень. Шарнир создается в результате совмещения спиралей и продевания через них оси.
Шкивы . Для плоских ремней наиболее приемлемой формой поверхности шкива является гладкая цилиндрическая поверхность (рис. 189,I).
Рис. 189
Для центрирования ремня поверхность ведомого шкива делают выпуклой, а ведущего - цилиндрической (при v <= 25 м/с оба шкива делают выпуклыми).
Для клиновидных ремней рабочей поверхностью служат боковые стороны клиновых канавок (рис. 189, II) в ободе шкивов. Число и размеры этих канавок определяются профилем ремня и числом ремней.
Шкивы выполняют литыми из чугуна, алюминиевых сплавов, пластических масс и сварными из стали. Чугунные шкивы бывают цельными и разъемными, состоящими из двух половин, которые у обода и втулки скрепляются болтами. Разъемные шкивы можно легко снимать с вала, не поднимая вал с подшипников.
Лекция 9 РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ
П л а н л е к ц и и
1. Общие сведения.
2. Классификация ременных передач.
3. Кинематические и геометрические зависимости в ременных передачах.
4. Динамические зависимости.
5. Условия работоспособности, кривые скольжения, критерии расчета.
6. Порядок расчета ременных передач.
7. Натяжные устройства.
8. Шкивы.
1. Общие сведения
Простейшая ременная передача (рис. 9.1) состоит из двух шкивов – ведущего и ведомого, закрепленных на валах и ремнях, охватывающих шкивы.
Нагрузка передается силами трения, возникающими между шкивами и ремнями, вследствие предварительного натяжения ремня.
Применяется ременная передача для привода от электродвигателя небольшой и средней мощности отдельных механизмов. Окружная скорость до 5 м/с для передач с ремнем не рекомендуется. Обычные ременные передачи работают со скоростью до 10 м/с, а быстроходные – до 60–100 м/с.
Достоинства ременных передач:
1. Простота конструкции и эксплуатации, относительно низкая стоимость.
2. Плавность и бесшумность работы, обусловленная эластичностью ремня.
3. Возможность передачи мощности на большие расстояния (клиновыми ремнями до 15 м) при скорости до 100 м/с.
4. Смягчения вибраций и толчков благодаря упругости ремня.
5. Возможность предохранения механизмов от перегрузок за счет упругой вытяжки ремня и проскальзывания ремня.
6. Пониженные требования к точности взаимного расположения осей
Недостатки ременных передач:
1. Непостоянство передаточного числа из-за упругого проскальзывания ремня, в зависимости от величины нагрузки.
2. Значительные габариты.
3. Значительные нагрузки на валы и опоры от натяжения ремня.
4. Незначительная долговечность ремней (1000–5000 ч) в быстроходных передачах.
5. Необходимость в постоянном контроле во время работы из-за возможного соскакивания, обрыва и вытяжки ремней.
6. Неприменимость во взрывоопасных помещениях.
7. Необходимость предохранения от попадания масла на ремень.
2. Классификация ременных передач
По конструктивной разновидности. Основные разновидности ременных передач показаны на рис. 9.2–9.4. Наибольшее распространение имеют открытые передачи (рис. 9.2, а ), перекрестные передачи (рис. 9.2, б ) применяют для изменения направления вращения ведомого шкива.
При использовании натяжного ролика (рис. 9.3) увеличивается угол обхвата ремня шкивов.
Полуперекрестные, или угловые (рис. 9.4), ременные передачи осуществляют движение между валами с пересекающимися осями.
Передаточное число открытых ременных передач – до 5, перекрестных – до 6, полуперекрестных – до 3, с натяжным роликом – до 10.
Ременные передачи позволяют передавать движение одного ведущего шкива (поз. 1 рис. 9.5) к нескольким ведомым (поз. 2 рис. 9.5).
По профилю ремня. В зависимости от профиля ремни делятся на плоские (рис. 9.6, а ), клиновые (рис. 9.6, б ), круглые (рис. 9.6, в ) и поликлиновые (рис. 9.6, г ). Круглые ремни предназначены для передач в приводах малых мощностей: швейных машин, бытовых приборов, настольных станков, радиоаппаратуры и т. д.
Разновидностью приводных ремней является зубчатый ремень, передающий движения за счет зацепления зубьев шкива и трения.
П л о с к и е р е м н и. Среди традиционных плоских ремней наибольшей тяговой способностью обладают кожаные ремни . Они могут работать со скоростью до 40–45 м/с на шкивах малых диаметров и имеют износоустойчивые кромки. Ремни хорошо работают в условиях переменных и ударных нагрузок. Размеры кожаных ремней стандартизированы по ГОСТ 18670–73. В то же время стоимость их велика, вследствие чего они имеют ограниченное применение.
Хлопчатобумажные ремни (ГОСТ 6982–75) применяются в быстроходных передачах при небольших мощностях. Они обеспечивают плавную работу и более дешевые. Такие ремни не применяются в условиях трения по кромкам и при работе в сырых помещениях или температурах выше 50 ºС. Для быстроходных передач используют шитые и тканые бесконечные ремни толщиной 1,5–2 мм.
Шерстяные ремни (ОСТ/НКТП 3157) применяются для передачи средних мощностей, отличаются высокими упругими свойствами и поэтому хорошо зарекомендовали себя при работе с большими ударными нагрузками. Они менее чувствительные к взаимодействию температуры, влажности, паров кислоты и щелочей.
Наибольшее применение имеют плоские прорезиненные ремни. Основная нагрузка воспринимается хлопчатобумажной тканью (бельтингом), резиновые прослойки обеспечивают работу ремня как единого целого. Ремни выпускаются с шириной 20–120 мм, обладают хорошей нагрузочной способностью и допускают работу при скоростях до 30 м/с. Основной недостаток таких ремней – высокая чувствительность к воздействию агрессивных сред. Прорезиненные ремни выполняют как бесконечными, так и конечными, которые потом соединяют склеиванием.
Прорезиненные ремни выпускают трех видов: нарезные – тип А, послойно завернутые – тип Б и спирально завернутые – тип В. Нарезные ремни, состоящие из нескольких (нарезанных) слоев, используют при работе с большими скоростями и малыми диаметрами шкивов. Ремни типа Б выпускают с резиновыми прокладками и без них и применяют при скорости до 20 м/с. Ремни типа В работают со скоростями не выше 15 м/с, их применяют на шкивах с ребордами и в перекрестных передачах.
Весьма перспективны ремни из синтетических материалов.
Пленочные, или синтетические, ремни (МРТУ 17-645–69) обладают высокой статической прочностью и долговечностью, выдерживают температуру 50 ºС
и относительную влажность до 95 %. Изготавливают пленочные ремни из тканей просвечивающего и гарнитурного переплетения для ширины до 75 мм
и с переплетением на основе двухуточной саржи для ширины до 50 мм с
пропиткой и облицовкой синтетическим материалом. Ремни из ткани просвечивающего переплетения более легкие. Пленочные ремни могут работать при скорости от 50 до 100 м/с.
На основе синтетических материалов разработаны многослойные ремни Exstramultus, которые не выдерживают действие кислот, фенола, но малочувствительны к маслам, охлаждающей жидкости, бензину, бензолу. Вследствие высокого предела упругости материала (сердечник из полиамида, наружный слой из хромовой кожи и поливинилхлорида) ремни не получают остаточных удлинений даже при перегрузке и не требуют подтягивания.
К л и н о в ы е р е м н и. Обычные клиновые ремни изготавливают двух конструкций: кордтканевые и кордшнуровые (рис. 9.7, а , б ) в которых передатчиком нагрузки служит корд из бельтинга, расположенный в нейтральном слое. Слой под кордом (слой сжатия) изготавливают из более твердой резины, а слой над кордом (слой растяжения) – из резины средней твердости. Оболочку клиновых ремней изготавливают из текстильной пряжи, искусственного шелка или нейлона с покрытиями из специальных материалов для повышения сопротивляемости разрушению.
Кордшнуровые ремни более гибкие и долговечные, а кордтканевые лучше переносят перегрузки, имеют большую поперечную жесткость и амортизирующую способность.
Замена бельтинга синтетическими волокнами (лавсан, вискоза, анид) позволяет повысить прочность ремней или уменьшить их ширину (узкие клиновые ремни).
В зависимости от отношения расчетной ширины b р к высоте h клиновые ремни изготавливают трех видов сечения: нормального (b p / h 1,4) ,
узкого (b p /h = 1,05–1,1) и широкого (b p /h = 2–4,5).
Ремни нормального сечения (ГОСТ 1284.1–80, ГОСТ 1284.2–80, ГОСТ 1284.3–80) выпускают семи сечений (0, А, Б, В, Г, Д, Е), отличающихся друг от друга размерами при геометрическом подобии и бесконечной длине. Профили Г, Д, Е в настоящее время все чаще заменяются поликлиновыми ремнями. Допускаемая скорость для профилей 0, А, Б, В – до 25 м/с (рис. 9.7, в ), для профилей Г, Д, Е – до 30 м/с.
Узкие клиновые ремни (РТМ 51-15-15-70) имеют сечения четырех размеров: У0, УА, УБ и УВ, которые по нагрузочной способности могут заменить все сечения нормальных клиновых ремней. Максимальная скорость для них – до 40 м/с.
Широкие клиновые ремни используют в основном в вариаторах. Благодаря повышенному сцеплению со шкивами, обусловленному эффектом клина, чем плоскоременных.
b0 b 0
Недостатки клиновых ремней : большие потери на трение и большие напряжения изгиба в ремне.
К клиновым ремням относят поликлиновые ремни (рис. 9.8), которые сочетают достоинства клиновых ремней (повышенное сцепление со шкивами) и плоских (гибкость). Такие ремни могут передавать большие мощности, хорошо работать на малых шкивах, допустимые скорости для них – до 40 м/с. Передачи с поликлиновыми ремнями отличаются меньшими габаритами.
Разработаны ремни трех сечений (рис. 9.8): К, Л, М, размеры которых регламентированы РТМ 38-40528-74. В американских и канадских стандартах предусмотрены еще два сечения (Н и J ) меньших размеров, в основном для бытовой техники и легкой промышленности.
Наряду с перечисленными видами клиновых ремней выпускают ремни с вогнутым нижним, а иногда и выпуклым верхним основаниями. Вогнутость увеличивает продольную гибкость ремня при его изгибе. Выпуклость превышает поперечную жесткость ремня и способствует сохранению трапециевидной формы ремня, предупреждая его деформацию. Чтобы сделать ремень достаточно гибким, по нижнему основанию, а иногда и по обоим, делают зубцы. Для уменьшения износа кромки ремней скашивают.
Двойной клиновый ремень, работающий верхней и нижней частями на различных шкивах, широко используют в сельхозмашиностроении, хотя его долговечность ниже, чем у обычного.
В некоторых случаях (при необходимости сложного монтажа) целесообразно использовать конечные клиновые ремни или ремни, составленные из отдельных элементов, но их долговечность меньше бесконечных.
З у б ч а т ы е и к р у г л ы е р е м н и. Зубчатые ремни сочетают преимущества плоских ремней и зубчатых зацеплений. Их изготавливают из маслостойких искусственных материалов, из резины на основе хлоропреновых каучуков, из вулкалана, которые армируют стальными или полиамидными проволочками.
Зубчатые ремни не имеют скольжения, требуют меньшего натяжения, создают меньшие нагрузки на валы и опоры, работают почти бесшумно со скоростью до 80 м/с. Однако расход мощности на деформацию зубьев у них больше, больший собственный вес, шкивы для них дороже, ремень нуждается в предохранении от осевого смещения (используют шкивы с ребордами). Зубчатые ремни выпускают шириной 5–380 мм, с модулем от 2–10 мм.
Из круглых ремней наиболее распространены хлопчатобумажные, капроновые, реже используют прорезиненные и кожаные.
3. Кинематические и геометрические зависимости
в ременных передачах
Мощности . Диапазон мощностей, передаваемых цепями, довольно широк – от 0,3 до 50 кВт. Можно использовать цепи и при больших мощностях, но при этом резко возрастают габариты.
Скорости. В ременных передачах верхний предел скоростей ограничивается ухудшением условий работы ремня в связи с ростом центробежных сил, что приводит к образованию воздушной подушки между шкивом и ремнем и уменьшает долговечность ремня.
Скорость ведущего шкива, м/с:
v 1 ω 1d 1 π d 1n 1 .
Значение скоростей для отдельных видов передач и материалов, из которых они выполняются, имеют определенный предел:
Обычные материалы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
От 5 до 30 м /с |
Специальные текстильные или прорезиненные. |
До 50 м /с |
Полиамидные, пленочные. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
До 100 м /с |
Ремни клиновые: |
|
типа 0, А, Б, В. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
До 25 м /с |
типа Г, Д, Е. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
До 30 м /с |
Из-за неизбежного скольжения окружные |
скорости ведущего и |
ведомого шкивов не равны, т. е. v 1 v 2 и v 1 v 2 ; |
|
v 2 1 ξ v 1 , |
где ξ – коэффициент упругого или относительного скольжения; для плоских ремней ξ = 0,01–0,012; для клиновых ремней ξ = 0,015–0,02.
Передаточные отношения |
ограничиваются габаритами передачи, |
||||||||||||
а также условием получения достаточного угла обхвата на малом шкиве: |
|||||||||||||
i max = 10, i опт = 2,5–4, |
|||||||||||||
d 1 ξ |
|||||||||||||
Диаметры шкивов: |
|||||||||||||
для плоских ремней |
|||||||||||||
d 1 1100 1300 |
|||||||||||||
d 2 d 1 i 1 ξ ; |
|||||||||||||
для клиновых ремней d 1 выбирают по таблицам в зависимости от типа ремня, а d 2 – как для плоских ремней;
для поликлиновых ремней
d1 a b T1 ,
где a и b – коэффициенты диаметра d 1 ; а = 65, b= 3 при Т 1 ≤ 25 Н м; а = 45,
b = 2 при Т 1 ≥ 26–90 Н м;
для зубчатых ремней d 1 выбирают по таблицам в зависимости от модуля зацепления. Модуль m вычисляют исходя из усталостной прочности зубьев ремня:
m k 3 1 p ,
где k – коэффициент, учитывающий форму зуба; k = 35 для ремней с трапецеидальной формой зубьев, k = 25 для ремней с полукруглой формой зубьев; Р 1 – номинальная мощность на ведущем валу, кВт; с р – коэффициент динамичности и режима работы, с р = 1,3–2,4.
Диаметр ведомого шкива
d2 = mZ2 .
Межосевое расстояние выбирают таким, чтобы можно было обеспечить необходимый угол обхвата на малом шкиве (рис. 9.9): для плоских ремней α > 150º, для клиновых – α > 120º.
Для плоских ремней
a min = 2(d 1 + d 2),
для клиновых ремней
a min = 0,5(d 1 + d 2 ) + h.
Максимальное межосевое расстояние a mаx ограничивается габаритными размерами и стоимостью передачи.
Малые размеры шкивов снижают долговечность передачи, так как
увеличиваются изгибные напряжения.
α 180 γ 180
d 1 d 2
57o .
Длина ремня
l 2 a
d 1 d 2
Для конечных ремней расчетная длина ремня согласуется с ГОСТом, а затем по окончательно принятой длине ремня уточняется величина межцентрового расстояния.
Уточненное значение межцентрового расстояния
2 l π d d |
|||||||||||
a 0, 25 |
2 l π d d |
2 8 d |
|||||||||
4. Динамические зависимости
Окружная сила рассчитывается по формуле
K P F t д 1 ,
где K д – коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку и режим работы (определяется по таблице в зависимости от характера нагружения); K д 1; Р 1 – мощность на ведущем шкиве, кВт (Вт).
Усилие предварительного натяжения. Начальное натяжение ремня F 0
выбирается таким, чтобы ремень мог сохранять это натяжение достаточно длительное время, не вытягиваясь и обеспечивая достаточное сцепление между ремнем и шкивами:
F 0 A σ 0 ,
где А – площадь сечения ремня; σ0 – напряжение предварительного натяжения; σ0 = 1,8 МПа для плоских ремней без натяжного устройства; σ0 = 2,0 МПа для плоских ремней с автоматическим натяжением; σ0 = 1,2–1,5 МПа для клиновых ремней; σ0 = 3–4 МПа для полиамидных ремней.
Усилия в ветвях ремня. Величина усилий в ведущей F 1 и ведомой F 2 ветвях определяется из условия равновесия моментов на ведущем шкиве, которое записывается в виде
T 1 0,5 d 1 F 1 F 2 0,5 d 1F t .
Обычно клиноременная передача представляет собой открытую передачу с одним или несколькими ремнями. Рабочими поверхностями ремня являются его боковые стороны.
По сравнению с плоскоременными клиноременные передачи обладают большей тяговой способностью, имеют меньшее межосевое расстояние, допускают меньший угол обхвата малого шкива и большие передаточные числа (и < 10). Однако стандартные клиновые ремни не допускают скорость более 30 м/с из-за возможности крутильных колебаний ведомой системы, связанных с неизбежным различием ширины ремня по его длине и, как следствие, непостоянством передаточного отношения за один пробег ремня. У клиновых ремней большие потери на трение и напряжения изгиба, а конструкция шкивов сложнее.
Клиноременные передачи широко используют в индивидуальных приводах мощностью до 400 кВт. КПД клиноременных передач η = 0,87 ... 0,97.
Поликлиновые ременные передачи не имеют большинства недостатков, присущих клиноременным, но сохраняют достоинства последних. Поликлиновые ремни имеют гибкость, сравнимую с гибкостью резинотканевых плоских ремней, поэтому они работают более плавно, минимальный диаметр малого шкива передачи можно брать меньшим, передаточные числа увеличить до и < 15, а скорость ремня - до 50 м/с. Передача обладает большой демпфирующей способностью.
Клиновые и поликлиновые ремни. Клиновые приводные ремни выполняют бесконечными резинотканевой конструкции трапецеидального сечения с углом клина φ 0 = 40°. В зависимости от отношения ширины b а большего основания трапеции к ее высоте h клиновые ремни бывают нормальных сечений (b 0 /h = 1,6, см.); узкие (b 0 /h= 1,2); широкие (b 0 /h =2,5 и более; применяют для клиноременных вариаторов).
В настоящее время стандартизованы клиновые ремни нормальных сечений, предназначенные для приводов станков, промышленных установок и стационарных сельскохозяйственных машин. Основные размеры и методы контроля таких ремней регламентированы ГОСТ 1284.1-89. Ремни сечения Е0 применяют только для действующих машин и установок. Стандартные ремни изготовляют двух видов: для Умеренного и тропического климата, работающих при температуре воздуха от минус 30 до плюс 60 °С, и для холодного и очень холодного климата, работающих при температуре от минус 60 до плюс 40 °С. Ремни сечений А, В и С для увеличения гибкости могут изготовляться с зубьями (пазами) на внутренней поверхности, полученными нарезкой или формованием (рис. 6.9, в).
Клиновые ремни (рис. 6.9, а, 6) состоят из резинового или резинотканевого слоя растяжения 1, несущего слоя 2 на основе материалов из химических волокон (кордткань или кордшнур), резинового слоя сжатия 3 и оберточного слоя прорезиненной ткани 4. Сечение ремня кордтканевой (а), кордшнуровой (б) конструкции показаны на рис. 6.9. Более гибки и долговечны кордшнуровые ремни, применяемые в быстроходных передачах. Допускаемая скорость для ремней нормальных сечений v < 30 м/с.
Технические условия на ремни приводные клиновые нормальных сечений регламентированы ГОСТ 1284.2-89, а передаваемые мощности - ГОСТ 1284.3-89.
Кроме вышеуказанных приводных клиновых ремней стандартизованы: ремни вентиляторные клиновые (для двигателей автомобилей, тракторов и комбайнов) и ремни приводные клиновые (для сельскохозяйственных машин).
При необходимости работы ремня с изгибом в двух направлениях применяют шестигранные (сдвоенные клиновые) ремни.
Весьма перспективны узкие клиновые ремни, которые передают в 1,5-2 раза большие мощности, чем ремни нормальных сечений. Узкие ремни допускают меньшие диаметры малого шкива и работают при скоростях до 50 м/с; передачи получаются более компактными. Четыре сечения этих ремней У0 (SPZ), УА (SPA), УБ (SPB), УВ (SPC) заменяют семь нормальных сечений.
Узкие ремни обладают повышенной тяговой способностью за счет лучшего распределения нагрузки по ширине несущего слоя, состоящего из высокопрочного синтетического корда. Применение узких ремней значительно снижает материалоемкость ременных передач. Узкие ремни пока не стандартизованы и изготовляются в соответствии с ТУ 38 605 205-95.
Следует отметить, что в клиноременных передачах с несколькими ремнями из-за разной длины и неодинаковых упругих свойств нагрузка между ремнями распределяется неравномерно. Поэтому в передаче не рекомендуется использовать более 8...12 ремней.
Поликлиновые ремни (см. рис. 6.1, г) представляют собой бесконечные плоские ремни с ребрами на нижней стороне, работающие на шкивах с клиновыми канавками. По всей ширине ремня расположен высокопрочный синтетический шнуровой корд; ширина такого ремня в 1,5-2 раза меньше ширины комплекта ремней нормальных сечений при одинаковой мощности передачи.
Поликлиновые ремни пока не стандартизованы; на основании нормали изготовляют три сечения кордшнуровых поликлиновых ремней, обозначаемых К, Л и М, с числом ребер от 2 до 50, длиной ремня от 400 до 4000 мм и углом клина φ 0 = 40°.
По сравнению с плоскоременными клиноременные передачи обладают значительно большей тяговой способностью за счет повышенного сцепления, обусловленного приведенным коэффициентом трения f " между ремнем и шкивом.
Как известно из рассматриваемой в теоретической механике теории трения клинчатого ползуна,
f "= f sin(a /2),
где f - коэффициент трения на плоскости (для прорезиненной ткани по чугуну f = 0,3); a - угол профиля канавки шкива.
Приняв a = φ 0 = 40°, получим
f " = f sin20°=3 f .
Таким образом, при прочих равных условиях клиновые ремни способны передавать в три раза большую окружную силу, чем плоские.
Расчет передачи с клиновыми ремнями. Расчет проводят из условий обеспечения тяговой способности и долговечности ремней; он основан на тех же предпосылках, что и расчет плоскоременных передач.
Расчет ремней выполняют с помощью таблиц, содержащих номинальные мощности, передаваемые одним ремнем в зависимости от сечения ремня, расчетного диаметра малого шкива, его частоты вращения и передаточного числа (расчетный диаметр шкива клиноременной передачи соответствует положению нейтрального слоя ремня, установленного в канавке шкива; см. диаметр d p на рис. 6.14).
Проектный расчет клиноременной передачи начинают с выбора сечения ремня по заданной передаваемой мощности и частоте вращения малого шкива с помощью графиков (рис. 6.10). При мощностях до 2 кВт применяют сечение Z, а сечение ЕО - при мощностях свыше 200 кВт.
ремня............ Z А В С D Е УО УА УБ УВ
d min , мм......... 63 90 125 200 355 500 63 90 140 224
Следует помнить, что вышеприведенные значения расчетных диаметров малого шкива обеспечивают минимальные габариты передачи, но с увеличением этого диаметра возрастают тяговая способность и КПД передачи, а также долговечность ремней. При отсутствии жестких требований к габаритам передачи расчетный диаметр d 1 малого шкива следует принимать больше минимально допустимого значения. Диаметр d 2 большого шкива определяют по формуле
d 2 =ud 1 ,
где и - передаточное число передачи; полученное значение округляют до ближайшего стандартного размера.
Расчетные диаметры шкивов клиноременных передач выбирают из стандартного ряда (мм):
63; 71; 80; 90; 100; 112; 125; 140; 160; 180; 200; 224; 250; 280; 315; 355; 400; 450; 500 и т. д.
v = πd 1 n 1 / 60 ,
где d 1, n 1 - расчетный диаметр и частота вращения малого шкива.
В ходе дальнейшего расчета находят все геометрические параметры передачи.
Межосевое расстояние а предварительно определяют по условию
0,55(d 1 + d 2) + h
где h - высота сечения ремня. Следует помнить, что с увеличением межосевого расстояния долговечность ремней увеличивается.
Расчетная длина ремня L p вычисляется по формуле, приведенной в § 6.1, и округляется до ближайшей стандартной длины из ряда (для сечения В) (мм): 800; 900; 1000; 1120; 1250; 1400; 1600; 1800; 2000; 2120; 2240 и т. д. до 6300. Затем по формуле, приведенной в § 6.1, определяют окончательное межосевое расстояние а в зависимости от принятой стандартной расчетной длины ремня.
Угол обхвата а, на малом шкиве вычисляется по формуле,
приведенной в § 6.1.
Мощность Р р, передаваемая одним ремнем, рассчитывается по
Р p = Р o С a С L /С p ,
где Р о - номинальная мощность, передаваемая одним ремнем (для ремней сечения В находится по табл. 6.2; для других сечений - по таблицам ГОСТа).
С а - коэффициент угла обхвата:
а° 1 ............. 180 160 140 120 90
С а................ 1,0 0,95 0,89 0,82 0,68
C L - коэффициент длины ремня, зависящий от отношения принятой длины L ремня к исходной длине L Р, указанной в стандарте:
L/L p .......... 0,3 0,5 0,8 1,0 1,6 2,4
C L ............. 0,79 0,86 0,95 1,0 1,1 1,2
(подробная таблица значений C L приведена в стандарте); С р - коэффициент динамичности и режима работы; ориентировочно принимается как для плоскоременных передач, см. § 6.2 (подробная таблица значений С р приведена в стандарте).
Дальнейший расчет клиноременной передачи сводится к определению числа ремней z по формуле
где Р - передаваемая мощность на ведущем валу; C z - коэффициент, учитывающий число ремней в комплекте, вводится при z > 2:
z..................... 2-3 4-6 >6
С z ................... 0,95 0,90 0,85
Во избежание значительной неравномерности распределения нагрузки между ремнями не рекомендуется в одной передаче использовать более 8 ремней нормального сечения и 12 узких ремней; число ремней мелких сечений не следует брать больше 6.
R = 2F 0 z sin(a 1 /2), где F o - натяжение ветви одного ремня; a 1 - угол обхвата малого шкива.
Величину F 0 натяжения ветви одного ремня вычисляют по формуле
F 0 =(0,85РС р С z)/zνC a + θν 2
где v - окружная скорость ремня; θ- коэффициент, учитывающий влияние центробежных сил:
Сечение ремня.... Z А В С D E E0
θ, Н*с 2 /м 2 0,06 0,1 0,18 0,3 0,6 0,9 1,5
Передачи с узкими и поликлиновыми ремнями рассчитывают по аналогичной методике. Таблицы мощностей, передаваемых одним узким ремнем и поликлиновым ремнем с 10 ребрами, имеются в учебных пособиях по курсовому проектированию деталей машин.
При расчете поликлиновых ремней определяют число ребер z по формуле
z =10P/P p
где Р - передаваемая мощность на ведущем валу; Р р - мощность, передаваемая ремнем с 10 ребрами.
Расчет долговечности клиновых ремней нормальных сечений установлен ГОСТ 1284.2-89. Средний ресурс L h ср ремней в эксплуатации для среднего режима работы устанавливается 2000 ч. При легких, тяжелых и очень тяжелых режимах работы расчетный ресурс вычисляют по формуле
L hp = L h ср K 1 K 2
где К 1 - коэффициент режима работы, равный: для легкого режима - 2,5; для тяжелого режима - 0,5; для очень тяжелого режима - 0,25; К 2 - коэффициент, учитывающий климатические условия эксплуатации, равный: для районов с холодным и очень холодным климатом - 0,75; для остальных районов - 1,0.
Режим работы для конкретных машин устанавливают по ГОСТу. Так, например, для станков с непрерывным процессом резания (токарные, сверлильные, шлифовальные) режим работы полагается легким; для фрезерных, зубофрезерных станков режим работы полагается средним; строгальные, долбежные, зубодолбежные и деревообрабатывающие станки работают в тяжелом режиме; очень тяжелый режим работы полагается для подъемников, экскаваторов, молотов, дробилок, лесопильных рам и др.
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.
Ременная передача для станков с ЧПУ – механизм, который преобразует вращательное движение вала в движение вдоль оси поступательного типа. Основным инструментом такой передачи является зубчатый ремень. Благодаря его наличию обеспечивается обработка заготовки по заданной оси, с целью получения более высокого показателя точности и производительности. Передача с ременным приводом является одной из самых распространенных, что обусловлено ее предназначением.
Наиболее простая конструкция передачи данного типа представлена шкивами, с натянутым на них ремнем. Он обтягивает лишь часть шкива, образуя угол обхвата. От его показателя зависит, насколько качественным будет сцепление. Чем выше показатель, тем выше и качество сцепления.
При помощи шкив-ролика угол обхвата можно увеличить. Если он будет слишком маленьким, то станок сможет выполнять свое предназначение лишь частично.
Благодаря ременной передаче вращательные движения могут быть преобразованы в поступательные. Прибор способен выполнить аналогичное преобразование наоборот. Агрегат обеспечивает передачу трением. Конструкция оборудования предполагает наличие трех звеньев:
Последний элемент представлен жестким ремнем, позволяющим образовать гибкую связь. Между звеньями образуется сила трения, которая формирует и передает мощность.
Передача для ЧПУ отвечает за скорость работы и производительность, которую будет иметь станок.
Этот тип передачи используется на агрегатах, комплектация которых предполагает расположение валов на большом расстоянии. Чтобы их соединить, применяется зубчатый ремень. Для исправной работы передачи, он должен быть хорошо натянут.
Качественное натяжение можно получить несколькими способами:
Фиксация осуществляется при помощи специальных пластинок. Этот тип передачи применяется тогда, когда движимая часть не отличается большой массой. Натяжные ролики отвечают за обхват шкива.
Существует большое количество видов ременных передач. Они отличаются целым рядом признаков. В зависимости от признаков производится классификация. Основными признаками, которые делятся передачу на разные виды, являются:
Внешний вид поперечного сечения может быть: плоскоременной, клиноременной, поликлиноременной, круглоременной, зубчатоременной. Изделия клинового и поликлинового типа являются наиболее распространенными. Применяются с маломощными приводами.
Расположение валов по отношению друг к другу может быть параллельным и пересекающимся. Параллельное охватывает шкивы либо в одном направлении, либо в противоположных направлениях. При пересекающемся расположении отличается угол.
Количество и виды шкивов предполагают наличие валов: одношкивного типа, двушкивного типа, ступенчатошкивного типа. Количество валов, которые охватывает ремень, составляет от двух и выше. Вспомогательные ролики делятся на: натяжные, направляющие, или могут отсутствовать.
Для изготовления плоских ремней используется кожа, хлопчатобумажная пряжа, ткань прорезиненного типа. Соединение осуществляется несколькими способами: путем сшивания с использованием небольших ремешков, при помощи клея или металлических скрепок. Если ремень будет слабо натянут, возможно периодическое проскальзывание. На качество работы изделия влияет не только угол охвата, но и его размеры.
Для изготовления клиновидных вариантов используется ткань прорезиненного типа. Профиль ремней этого типа имеет форму трапеции. В одном ряду натягивается по несколько изделий. При использовании показатель проскальзывания минимален. Их отличием является плавная работа. Вместе с клиновидными вариантами наиболее часто используются металлорежущие станки, оснащенные числовым программным управлением.
Аналогом может выступать шарико винтовая пара, способная обеспечить винтовую передачу.
Обеспечив оптимальное натяжение, угол обхвата и коэффициент трения, можно создать нагрузку, достаточную для того, чтобы станок с ЧПУ качественно работал. Использование ременной передачи имеет как положительные стороны, так и отрицательные.
Преимущества:
Недостатки:
Количество преимуществ превышает уровень недостатков. Снизить влияние отрицательны сторон оборудования можно, соблюдая правила его эксплуатации. При периодическом обслуживании вероятность выхода из строя прибора снижается.
Агрегаты с ЧПУ, оснащенные передачей плоскоременного типа, применяются в качестве станков, пилорам, генераторов, вентиляторов, а также в других сферах, где необходима работа приборов с повышенным уровнем гибкости и возможностью проскальзывания. Если оборудование используется на высоких скоростях, применяются синтетические материалы. На более низких скоростях используются кордтканевые и прорезиненные ремни.
Аналоги клинового типа применяются в сельскохозяйственной отрасли. Передача различного сечения способна выдержать высокие нагрузки и большую скорость. Машины промышленного класса предполагают использование вариаторов. Наилучшими характеристиками обладают зубчатые ремни. Их применяют как в промышленной, так и в бытовой области. Круглоременная передача применяются для маломощных приборов.
Основным минусом ременной передачи с ЧПУ является качество ремня. Даже самым качественным изделиям свойственно растягивание. Быстрее всего растягиваются длинные виды. Инструмент на растянутых ремнях не может обеспечить высокую точность обработки. Эффект растяжения можно снизить, закрепив два ремня друг на друга. Растягивается лишь определенный отрезок, поэтому этот недостаток не столь опасен.
Передача этого типа обеспечивает мягкие движения, при отсутствии резонанса. Пыль и стружка не способны негативно повлиять на ее работу. Предусмотрена возможность осуществлять натяжку ремня.
Используя станок с ЧПУ следует запомнить несколько факторов:
Передача данного типа на приборах с ЧПУ на высоких скоростях способна уменьшить уровень мощности и точности. Данный недостаток решается при помощи установки специального оборудования. После их установки может понадобиться настройка драйверов. Данное действие требуется для того, чтобы сгладить работу агрегата. Оно производится в настройках программы. Значение для шкивов, обеспечивающих правильно перемещение, зависит о того, какой модели выбран станок, или ШВП.
Для агрегатов с числовым программным управлением, использующих ременную передачу, не требуется специальных программоноситель. Программа составляется и разрабатывается в зависимости от того, для какого типа работ она необходима. Для того, чтобы устройство работало исправно в автономном режиме, следует периодически проверять его состояние. Программа не может решить проблему неисправного оборудования.
