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 .
Передачу механической энергии, осуществляемую гибкой связью посредством трения между ремнем и шкивом, называют ременной. Она состоит из двух шкивов 1 и 2 и ремня 3 (рис.15).
Рис. 15.
Классификация
1. В зависимости от формы поперечного сечения ремня различают следующие виды ременных передач (рис.15):
Плоскоременные (с прямоугольным профилем поперечного сечения ремня);
Клиноременные (с трапециевидным профилем поперечного сечения ремня);
Поликлиноременные (с бесконечными плоскими ремнями, имеющими продольные клиновые выступы-ребра на внутренней поверхности ремня, входящие в кольцевые клиновые канавки шкивов);
Круглоременные;
Зубчатые.
Рис. 16.
2. По взаимному расположению осей валов:
С параллельными осями (рис. 17, а , б );
С пересекающимися осями (рис. 17, г );
Со скрещивающимися (рис. 17, в ).
Рис. 17
3. По направлению вращения шкивов:
С одинаковым (рис. 17, а , в );
С противоположным (рис. 17, б ).
4. По способу создания натяжения ремня:
Простые (рис. 15);
С натяжным роликом (рис. 18);
С натяжным устройством.
Рис. 18.
Достоинства ременных передач :
Возможность передачи энергии на значительные расстояния: до 12…15 м - плоскими ремнями, до 6 м - клиновыми ремнями;
Простота и низкая стоимость конструкции;
Плавность и бесшумность хода, способность смягчать удары благодаря эластичности ремня и предохранять механизм от поломок при буксовании, вызванном перегрузкой;
Возможность передачи мощностей от долей киловатта до сотен киловатт (чаще до 50 кВт, реже до 300 кВт) при окружной скорости до 30 м/с;
Простота обслуживания и ухода;
Относительно высокий КПД: h = 0,91…0,98;
Передаточное отношение i ? 7 (обычно i ?4... 5).
Недостатки:
Непостоянство передаточного отношения вследствие упругого скольжения, меняющегося в зависимости от нагрузки;
Относительно большие габариты передачи и невысокая долговечность ремня (особенно в быстроходных передачах);
Вытягивание ремня в процессе эксплуатации передачи приводит к необходимости установки дополнительных устройств (натяжной ролик);
Большие нагрузки на валы и их опоры (подшипники).
Несмотря на перечисленные недостатки, ременные передачи по применению в промышленности и народном хозяйстве занимают второе место после зубчатых передач. В любой отрасли машиностроения и приборостроения можно встретить плоскоременную или клиноременную передачу: приводы насосов, вентиляторов, транспортеров, конвейеров, рольгангов и др.
Клиноременные и поликлиноременные передачи применяют при сравнительно больших передаточных отношениях, вертикальном и наклонном расположении параллельных осей валов, требовании малогабаритности передачи и меньших нагрузок на опоры валов, передаче энергии нескольким валам.
Круглоременные передачи предназначены в основном для передачи малых мощностей и потому имеют меньшее распространение (швейные машины, приборы, настольные станки и т.д.).
Зубчато-ременные передачи
Зубчатые (полиамидные) ремни сочетают в своей конструкции все преимущества плоских ремней и зубчатых зацеплений 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.
Передаточное отношение ременных передач:
i= щ1 / щ2=n 1 /n 2 =D 2 /D 1 (1- e)
где щ1 и щ2 - угловые скорости на ведущем и ведомом валах;
n 1 и n 2 - частоты вращения валов;
D 2 и D 1 - диаметры ведущего и ведомого шкивов;
e--=?0,01…0,02 - коэффициент упругого скольжения.
Сшивку применяют для ремней всех типов. Она производится посредством жильных струн или ушивальниками-ремешками из сыромятной кожи III. Более совершенной и надежной считают сшивку встык жильными струнами с наклонными проколами IV.
Критерии работоспособности ременных передач
Основными критериями работоспособности ременных передач являются тяговая способность ремня и его долговечность. Основным расчетом является расчет по тяговой способности, который сводится к определению площади поперечного сечения ремня, обеспечивающего передачу необходимого усилия. Долговечность ремня, которая определяется в основном его усталостной прочностью, зависит не только от величины напряжений, но и от характера и частоты цикла изменения этих напряжений (или числа пробегов ремня)
n--=--u/----l --Ј--,
где u--- окружная скорость, м/с;
l - длина ремня, м;
[n] - допускаемое число пробегов ремня:
Для плоских ремней Ј?5; - для клиновых --10 .
Практика показывает, что при соблюдении необходимых рекомендаций долговечность ремней составляет 2000…3000 часов.
Конструкции основных элементов ременных передач
Ремень является тяговым органом, от качества которого зависят долговечность и нормальная работа передачи. К нему предъявляют следующие требования: достаточная прочность, надежность и долговечность, невысокая стоимость и не дефицитность материала ремня; высокая тяговая способность и эластичность; достаточно высокий коэффициент трения между ремнем и шкивом.
Плоские приводные ремни представляют собой гибкую конечную или реже бесконечную ленту из прорезиненной хлопчатобумажной ткани или кожи.
Кожаные ремни обладают высокой тяговой способностью упругостью и эластичностью. Из-за дефицитности и высокой стоимости их рекомендуют к применению только в ответственных передачах с часто изменяющимися нагрузками и высокими скоростями до 40 м/с.
Резинотканевые ремни при спокойных нагрузках обладают хорошей тяговой способностью и упругостью, малодефицитны, а потому широко распространены. Они работают в широком диапазоне мощностей (до 50 кВт) со значительными скоростями (до 30 м/с).
изготовляют бесконечными (бесшовными) в специальных пресс-формах. Они состоят из крученого прорезиненного хлопчатобумажного или синтетического шнура (корда), расположенного в области нейтрального слоя ремня, резинотканевого или резинового слоя, расположенного над кордом и работающего на растяжение при изгибе ремня, резинового слоя, расположенного под кордом и работающего на сжатие при изгибе и обертки из прорезиненной ткани. Клиновые ремни подразделяются на кордтканевые (рис. 19,а) и корд-шнуровые (рис.19,б).
Рис. 19.
Применение клинового ремня позволило увеличить тяговую способность передачи за счет повышения трения и сцепление ремня со шкивом по сравнению с плоскоременной передачей.
В поликлиновых ремнях (стандарта нет) несущий слой выполняют в виде кордшнура из химических волокон (вискоза, лавсан, стекловолокно).
Эти ремни сочетают достоинства плоских ремней - монолитность и гибкость и клиновых - повышенное сцепление со шкивом.
Зубчатые ремни способны передавать энергию при неизменном передаточном отношении с высокими окружными скоростями и мощность до сотен киловатт. Эти ремни изготовляют из армированного металлическим тросом неопрена, значительно реже используют пластмассу (полиуретан).
Шкивы ременных передач изготовляют из стали, алюминиевых сплавов или текстолита при u-->?30 м/с. Наиболее распространенным материалом для изготовления шкивов при u--Ј?30 м/с является серый чугун СЧ 15 и СЧ 21, при u--Ј?25 м/с - СЧ 12
Рис.20
Форму канавки шкива (рис. 20) в клиноременной передаче выполняют так, чтобы между ремнем и ее основанием был гарантированный зазор, при этом рабочими являются боковые грани ремня. В то же время ремень не должен выступать за пределы наружного диаметра шкива, иначе своими острыми кромками канавка будет быстро разрушать ремень.
Ременная передача (рис. 4.58, а) состоит из ведущем и ведомом шкивов, соединенных ремнем (ремнями), надетым на шкивы с натяжением. Вращение ведущего шкива передастся к ведомому благодаря трению, развиваемому между привод-
Рис. 458
ным ремнем и шкивами или зацеплением (зубчато-ременная передача).
Преимущества: возможность осуществления передачи между валами, расположенными на значительном расстоянии; плавность и бесшумность работы; защита от перегрузок связана со способностью ремня передать лишь определенную нагрузку, свыше которой происходит буксование (скольжение) ремня но шкиву; небольшая стоимость и легкость ухода за передачей.
Недостатки: большие габаритные размеры; непостоянство передаточного отношения из-за проскальзывания ремня; повышенные силы давления па валы и подшипники, так как суммарное натяжение ветвей ремня значительно больше окружной силы передачи; малая долговечность ремней и необходимость предохранения их от попадания масла; необходимость устройств для натяжения ремней.
В большинстве случаев ременные передачи применяют для передачи мощностей 0,3–50 кВт: КПД для плоскоременной передачи в = 0,96, а для клиноременной в = 0,95.
По форме поперечного сечения приводные ремни передач трением делятся на плоские (рис. 4.586), клиновые (рис. 4.58,в), поликлиновые (рис. 4.58, г), круглые (рис. 4.58, д) и др.
Соответственно по форме поперечного сечения ремня различают плоскоременные, клиноременные, поликлиновые и круглоременные передачи.
Материалы и конструкции ремней. Приводной ремень должен обладать определенной тяговой способностью (способностью передавать заданную нагрузку без буксования) и потребной долговечностью. Тяговая способность ремня обеспечивается надежным сцеплением его со шкивами, что определяется высоким коэффициентом трения между ними. Долговечность ремня зависит от возникающих в нем напряжений изгиба и частоты циклов нагружений. Но материалу и конструкции различают несколько типов ремней.
Плоские ремни. К стандартным плоским ремням относятся прорезиненные тканевые, кожаные, хлопчатобумажные цельнотканые и шерстяные. Концы плоских ремней можно соединять (сшивкой, склеиванием, металлическими скрепками), а в быстроходных передачах используются бесшовные (бесконечные).
Клиновые ремни. Их изготовляют трех типов: нормального сечения, узкие и широкие для вариаторов. Ремни нормального сечения – основные в общем машиностроении. В соответствии с ГОСТом эти ремни изготовляют семи различных по размерам сечений: О, А, Б, В, Г, Д и Е. Допускаемая максимальная скорость для профилей О, А, Б, В – до 25 м/с, для Г, Д и Е – до 30 м/с. Сечения ремней увеличиваются от О к Е. Клиновые ремни получили наиболее широкое применение в промышленности.
Поликлиновые ремни . По конструкции они подобны клиновым. В тонкой плоской части их (см. рис. 4.58 и 4.59, а) помещаются высокопрочный шнуровой корд из вискозы, стекловолокна или лавсана и несколько слоев диагонально расположенной ткани, придающей ремню большую поперечную жесткость. Поликлиновые передачи – самые компактные из всех ременных передач и могут работать со скоростью v ≤ 40 м/с.
Зубчатые ремни (рис. 4.59, б). Они сочетают преимущества плоских ремней и зубчатых зацеплений. На рабочей поверхности ремней делают выступы (зубья), которые входят в зацепление с выступами (зубьями) на шкивах. Зубчатые ремни устанавливают без предварительного натяжения. Они работают бесшумно без проскальзывания и имеют постоянное передаточное отношение. По сравнению с обык-
Рис. 4.59
новенной ременной передачей трением зубчатоременные значительно компактнее и имеют более высокий КПД.
Материалы и конструкции шкивов. Шкивы ременных передач изготовляют из чугуна, стали, легких сплавов, пластмасс и дерева. Наружная часть шкива, на которой устанавливают ремень (ремни), называется ободом, а центральная часть, насаживаемая на вал, называется ступицей. Обод со ступицей соединяется диском или спицами.
Кинематика, геометрия и силы в ременных передачах. Схема нагружения ремня приведена на рис. 4.60, где– угол обхвата ремнем шкива; а – межосевое расстояние;– дуга скольжения, на которой наблюдается упругое скольжение.
Сила натяженияведущей ветви 3 ремня, сбегающей с ведомого шкива 2 во время работы передачи, больше силы натяжениясто ведомой ветви 1, набегающей на ведомый шкив 2. Из распределения сил в поперечных сечениях ремня следует, что на ведущем шкиве 1 сила натяжения постепенно уменьшается, а на ведомом 2 – увеличивается. Разные натяжения ведущей и ведомой ветвей ремня вызывает упругое скольжение ремня на шкивах.
Окружные скорости (м/с) ведущего г;} и ведомого v 2 шкивов определяют по формулам
где– частота вращения, об/мин;– диаметр ι-го шкива, мм.
Вследствие упругого скольжения ремня на шкивах на ведущем шкиве окружная скоростьбольше окружной скорости на ведомом:
Рис. 4.60
где– коэффициент упругого скольжения. Упругое проскальзывание лежит в пределахи увеличивается с ростом нагрузки.
Передаточное отношение ременной передачи с учетом проскальзывания определяется следующим образом:
Обычно передаточное отношение выбирают не более 4–5. Диаметр меньшего шкива плоскоременной передачи , где– мощность, кВт;– частота вращения ведущего шкива, об/мин.
Диаметр большего шкива как для плоскоременной, так и для клиноременной передачи равен . Угол обхвата ремнем меньшего шкива
где– межосевое расстояние передачи, мм.
Рекомендуют принимать для плоскоременной передачи и для клиноременной. С уменьшением уменьшается сцепление шкива с ремнем. Межосевое расстояние ременной передачи а определяется конструкцией машины или ее привода,
Длина ремней передачи вычисленное L согласовывают со стандартами для ремней.
Окружная сила на шкивах определяется передаваемой нагрузкой, Н:
где– расчетный вращающий момент, II ∙ м;– диаметр шкива, мм.
Окружная сила равна разности натяжений ветвей ремня
Для нормальной работы необходимо обеспечи ть предварительное натяжения ремня
где Л – площадь поперечного сечения ремня плоскоременной передачи или площадь поперечного сечения всех ремней клиноременной передачи;– нормальное напряжение от предварительного натяжения ремня. С ростомнагрузочная способность передачи увеличивается.
Предварительное напряжениев ремне принимают для плоских стандартных ремней МПа; для клиновых стандартных ремней МПа; для полиамидных ремней МПа.
Сумма натяжений ведущейи ведомойветвей ремня
Из системы двух уравнений (4.86) и (4.87) получаем выражения
Передаваемая нагрузка jзависит от силы трения между ремнем и шкивом. Эту связь при максимальном значении, исключающим пробуксовки, определяют по формуле Эйлера:
где– коэффициент трения;– угол между ветвями ремня.
Наибольшие напряжения возникают в ведущей ветви ремня. Нормальное напряжение в ремне от действия силы
Ременные передачи относятся к передачам трением (фрикционным), у которых передача мощности осуществляется за счет сил трения, возникающих между ведущим, ведомым и промежуточным звеном – упругим ремнем (гибкой связью)
.
Ведущее и ведомое звено обычно называют шкивами. Этот тип передач обычно применяется для соединения валов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга.
Для нормальной работы ременной передачи необходимо предварительное натяжение ремня, которое может осуществляться за счет перемещения одного из шкивов, за счет натяжных роликов или установки двигателя (механизма) на качающейся плите.
Ременные передачи классифицируют по различным признакам - по форме поперечного сечения ремня, по взаимному расположению валов и ремня, по количеству и виду шкивов, по количеству охватываемых ремнем шкивов, по способу регулировки натяжения ремня (с вспомогательным роликом или с подвижными шкивами).
1. По форме поперечного сечения ремня различают следующие виды ременных передач:
Наибольшее применение в машиностроении имеют клиновые и поликлиновые ремни. Передачу круглым резиновым ремнем (диаметром 3…12 мм) применяют в приводах малой мощности (настольные станки, приборы, бытовые машины и т. п.) .
Разновидностью ременной передачи является зубчатоременная, в которой передача мощности осуществляется зубчатым ремнем путем зацепления зубцов ремня с выступами на шкивах. Этот тип передач является промежуточным между передачами зацеплением и передачами трением. Зубчатоременная передача не требует значительного предварительного натяжения ремня и не имеет такого недостатка, как скольжение ремня, которое присуще всем прочим ременным передачам.
Клиноременную передачу в основном применяют как открытую. Клиноременные передачи обладают большей тяговой способностью, требуют меньшего натяжения, благодаря чему меньше нагружают опоры валов, допускают меньшие углы обхвата, что позволяет применять их при больших передаточных отношениях и малому расстоянию между шкивами.
Клиновые и поликлиновые ремни выполняют бесконечными и прорезиненными. Нагрузку несет корд или сложенная в несколько слоев ткань.
Клиновые ремни выпускают трех видов: нормального сечения, узкие и широкие. Широкие ремни применяются в вариаторах.
Поликлиновые ремни – плоские ремни с высокопрочным кордом и внутренними продольными клиньями, входящими в канавки на шкивах. Они более гибкие, чем клиновые, лучше обеспечивают постоянство передаточного числа.
Плоские ремни обладают большой гибкостью, но требуют значительного предварительного натяжения ремня. Кроме того, плоский ремень не так устойчив на шкиве, как клиновый или поликлиновый.
2. По взаимному расположению валов и ремня :
3. По числу и виду шкивов , применяемых в передаче: с одношкивными валами; с двушкивным валом, один из шкивов которого холостой; с валами, несущими ступенчатые шкивы для изменения передаточного числа (для ступенчатой регулировки скорости ведомого вала).
4. По количеству валов, охватываемых одним ремнем : двухвальная, трех-, четырех- и многовальная передача.
5. По наличию вспомогательных роликов : без вспомогательных роликов, с натяжными роликами (рис. 2д) ; с направляющими роликами (рис. 2г) .
К достоинствам ременных передач относятся следующие их свойства:
Основные недостатки ременных передач:
Ременные передачи применяют в большинстве случаев для передачи движения от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания,
когда по конструктивным соображениям межосевое расстояние должно быть достаточно большим, а передаточное число может быть не строго постоянным (конвейеры, приводы станков, дорожных и сельскохозяйственных машин и т. п.)
. Передачи зубчатым ремнем можно применять и в приводах, требующих постоянного значения передаточного числа.
Мощность, передаваемая ременной передачей, обычно до 50 кВт , но может достигать 2000 кВт и даже более. Скорость ремня v = 5…50 м/сек , а в высокоскоростных передачах – до 100 м/сек и выше.
После зубчатой передачи ременная – наиболее распространенная из всех механических передач. Часто она используется в сочетании с другими типами передач.
Межосевое расстояние a ременной передачи определяет в основном конструкция привода машины. Рекомендуемые значения межосевого расстояния (см. рис. 3) :
Для плоскоременных передач:
a ≥ 1,5 (d 1 + d 2) ;
Для клиноременных и поликлиноременных передач:
a ≥ 0,55 (d 1 + d 2) + h ;
где:
d 1
, d 2
– диаметры ведущего и ведомого шкивов передачи;
h
- высота сечения ремня.
Расчетная длина ремня L р равна сумме длин прямолинейных участков и дуг обхвата шкивов:
L р = 2 а + 0,5 π(d 2 + d 1) + 0,25 (d 2 - d 1) 2 /a .
По найденному значению из стандартного ряда принимают ближайшую большую расчетную длину ремня L р . При соединении концов длину ремня увеличивают на 30…200 мм .
Межосевое расстояние в ременной передаче для окончательно установленной длины ремня определяют по формуле:
a = [ 2 L р - π(d 2 + d 1)]/ 8 + √{[ 2 L р - π(d 2 + d 1)] 2 - 8 π(d 2 - d 1) 2 }/ 8 .
Угол обхвата ремнем малого шкива
α 1 = 180 ° - 2 γ .
Из треугольника О 1 ВО 2 (рис. 3)
sin γ = ВО 2 /О 1 О 2 = (d 2 - d 1)/ 2 a .
Практически γ не превышает π/ 6 , поэтому приближенно принимают sin γ = γ (рад) , тогда:
γ = (d 2 - d 1)/ 2 a (рад) или γ ° = 180 °(d 2 –d 1)/ 2 πa .
Следовательно,
α 1 = 180 ° - 57 °(d 2 – d 1)/a .
Передаточное отношение ременной передачи:
u = i = d 2 /d 1 (1 – ξ) ,
где: ξ – коэффициент скольжения в передаче, который при нормальной работе равен ξ = 0,01…0,02.
Приближенно можно принимать u = d 2 /d 1 ; ξ = (v 1 –v 2)/v 1 .
Фрикционные передачи предназначены для передачи вращательного движения (передачи энергии). Основаны такие передачи на использовании силы трения между колёсами фрикционного механизма. При рассмотрении фрикционных передач различают три вида трения между деталями:Катки прижимаются друг к другу силой Fпр, в месте контакта катков создаётся сила
трения Ff достаточная для окружной силы Fr (окружное усилие). Для нормальной работы
передачи должно выполняться условие Ff >= Fr. Несоблюдение этого условия приводит к
буксованию и быстрому износу катков. Величина Ff должна быть больше величины Fr на величину коэффициента запаса сцепления B, который принимают равным B = 1,25...2,0.
Значения коэффициента трения f между катками в среднем:
Для расчёта геометрических, кинематических и силовых соотношений во фрикционных передачах удобно воспользоваться онлайн калькулятором на сайте "Метизы"
К достоинствам фрикционных передач можно отнести:
Простые ременные передачи
| Изображение | Обозначение / Комментарий |
 |
Передача с круглым профилем ремня. Обеспечивает хорошее сцепление за счёт совпадения
формы сечения ремня и углубления на шкиве, при этом, позволяет сократить толщину шкива.
Используется такая передача, в основном в миниатюрных приборах точной автоматики, таких как
лентопротяжные механизмы, верньеры, системы автоматизированного регулирования.Ремни в таких передачах часто называют пассики. Пассики обычно изготавливаются из резины. |
 |
Плоскоременная передача. Обеспечивает хорошее сцепление за счёт ширины ремня.
Передача простая в изготовлении, но требует широких шкивов и строгой параллельности их осей.
|
 |
Трапецеидальная (или клиноременная) передача имеет профиль ремня в виде трапеции с
углом в 40°. Имеет хорошее сцепление при небольшой ширине ремня. Такие передачи часто
используют в высоконагруженных силовых установках, таких, например как электропривод
металлорежущих станков, лифтов, конвейеров и тому подобных. Часто, для увеличения сцепления
и повышения надёжности на шкивах делается несколько канавок под ремни и на шкивы одевается
несколько ремней. Повреждение одного из ремней не приведёт к критическому сбою в работе всей
передачи. Клиновидные ремни для приводов общего назначения стандартизированы
по ГОСТ 1284.1-89 и ГОСТ 1284.2-89.
|
Широкое распространение получили механизмы натяжения ремня подпружиненным роликом:
К достоинствам ременных передач можно отнести:
К недостаткам можно отнести:
Передаточное число в ременных передачах рассчитывается как отношение диаметра ведущего шкива к ведомому i = D1/D2. Если в передаче участвует большее число колёс, например три, то расчёт передаточных отношений, а соответственно и числа оборотов, ведется относительно ведущего шкива.
Например, примем для шкивов следующие диаметры: D1 = 120 мм, D2 = 30 мм и D3 = 160 мм.
Пусть шкив D1 будет ведущим. Тогда:
i1 = D1/D2 = 120/30 = 4;
i2 = D1/D3 = 120/160 = 0,75.
Примем число оборотов ведущего шкива равным 1200 об/мин. Тогда число оборотов второго шкива n2 = 1200 * 4 = 4800 об/мин, третьего шкива n3 = 1200 * 0,75 = 900 об/мин.
Для расчёта передач удобно воспользоваться расчётными формулами на сайте
