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 .
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
Классификация передач. В зависимости от формы поперечного сечения ремня передачи бывают: плоскоременные, клиноременные, круглоременные, поликлиноременные (рис. 69). Плоскоременные передачи по расположению бывают перекрестные и полуперекрестные (угловые), рис. 70. В современном машиностроении наибольшее применение имеют клиновые и поликлиновые ремни. Передача с круглым ремнем имеет ограниченное применение (швейные машины, настольные станки, приборы).
Разновидность ременной передачи является Зубчатоременная , передающая нагрузку путем зацепления ремня со шкивами.
Рис. 70. Виды плоскоременных передач: а – перекрестная, Б – полуперекрестная (угловая)
Назначение. Ременные передачи относится к механическим передачам трения с гибкой связью и применяют в случае если необходимо передать нагрузку между валами, которые расположены на значительных расстояниях и при отсутствии строгих требований к передаточному отношению. Ременная передача состоит из ведущего и ведомого шкивов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга и соединенных ремнем (ремнями), надетым на шкивы с натяжением. Вращение ведущего шкива преобразуется во вращение ведомого благодаря трению, развиваемому между ремнем и шкивами. По форме поперечного сечения различают Плоские , Клиновые , Поликлиновые и Круглые приводные ремни. Различают плоскоременные передачи - Открытые , которые осуществляют передачу между параллельными валами, вращающимися в одну сторону; Перекрестные, Которые осуществляют передачу между параллельными валамиПри вращении шкивов в противоположных направлениях; в Угловых (полуперекрестных) плоскоременных передачах шкивы расположены на скрещивающихся (обычно под прямым углом) валах. Для обеспечения трения между шкивом и ремнем создают натяжение ремней путем предварительного их упругого деформирования, путем перемещения одного из шкивов передачи или с помощью натяжного ролика (шкива).
Преимущества. Благодаря эластичности ремней передачи работают плавно, без ударов и бесшумно. Они предохраняют механизмы от перегрузки вследствие возможного проскальзывания ремней. Плоскоременные передачи применяют при больших межосевых расстояниях и, работающие при высоких скоростях ремня (до 100М/с ). При малых межосевых расстояниях, больших передаточных отношениях и передаче вращения от одного ведущего шкива к нескольким ведомым предпочтительнее клиноременные передачи. Малая стоимость передач. Простота монтажа и обслуживания.
Недостатки. Большие габариты передач. Изменение передаточного отношения из-за проскальзывания ремня. Повышенные нагрузки на опоры валов со шкивами. Необходимость устройств для натяжения ремней. Невысокая долговечность ремня.
Сферы применения. Плоскоременная передача проще, но клиноременная обладает повышенной тяговой способностью и вписывается в меньшие габариты.
Поликлиновые ремни - плоские ремни с продольными клиновыми выступами-ребрами на рабочей поверхности, входящими в клиновые канавки шкивов. Эти ремни сочетают достоинства плоских ремней - гибкость и клиновых - повышенную сцепляемость со шкивами.
Круглоременные передачи применяют в небольших машинах, например машинах швейной и пищевой промышленности, настольных станках, а также различных приборах.
По мощности ременные передачи применяются в различных машинах и агрегатах при 50КВ Т, (в некоторых передачах до 5000КВт ), при окружной скорости - 40М/с , (в некоторых передачах до 100М/с ), по передаточным числам 15, КПД передач: плоскоременные 0,93…0,98, а клиноременные – 0,87…0,96.
Рис. 71 Схема ременной передачи.
Силовой расчет. Окружная сила на ведущем шкиве
. (12.1)
Расчет ременных передач выполняют по расчетной окружной силе с учетом коэффициента динамической нагрузки И режима работы передачи:
Где - коэффициент динамической нагрузки, который принимается =1 при спокойной нагрузке, =1,1 – умеренные колебания нагрузки, =1.25 – значительные колебания нагрузки, =1,5 – ударные нагрузки.
Начальную силу натяжения ремня F O (предварительное натяжение) принимают такой, чтобы ремень мог сохранять это натяжение достаточно длительное время, не подвергаясь большой вытяжке и не теряя требуемой долговечности. Соответственно этому начальное напряжение в ремне для плоских стандартных ремней без автоматических натяжных устройств =1,8МПа ; с автоматическими натяжными устройствами = 2МПа ; для клиновых стандартных ремней =1,2...1,5МПа ; для полиамидных ремней = 3...4МПа .
Начальная сила натяжения ремня
Где А - Площадь поперечного сечения ремня плоскоременной передачи либо площадь поперечного сечения всех ремней клиноременной передачи.
Силы натяжения ведущей И ведомой S2 Ветвей ремня в нагруженной передаче можно определить из условия равновесия шкива (рис. 72).
Рис. 72. Схема к силовому расчету передачи.
Из условия равновесия ведущего шкива
(12.4)
С учетом (12.2) окружная сила на ведущем шкиве
Натяжение ведущей ветви
, (12.6)
Натяжение ведомой ветви
. (12.7)
Давление на вал ведущего шкива
. (12.8)
Зависимость между силами натяжения ведущей и ведомой ветвей приближенно определяют по формуле Эйлера, согласно которой натяжений концов гибкой, невесомой, нерастяжимой нити, охватывающей барабан связаны зависимостью
Где - коэффициент трения между ремнем и шкивом, - угол обхвата шкива.
Среднее значение коэффициента трения для чугунных и стальных шкивов можно принимать: для резинотканевых ремней =0,35, для кожаных ремней = 0,22 и для хлопчатобумажных и шерстяных ремней = 0,3.
При определении сил трения в клиноременной передаче в формулы вместо – коэффициента, трения надо подставлять приведенный коэффициент трения для клиновых ремней
, (12.10)
Где - угол клина ремня .
При совместном рассмотрении приведенных силовых соотношений для ремня получим окружную силу на ведущем шкиве
, (12.11)
Где - коэффициент тяги, который определяется по зависимости
Увеличение окружного усилия на ведущем шкиве можно достичь увеличением предварительного натяжения ремня либо повышением коэффициента тяги, который повышается с увеличением угла обхвата и коэффициента трения.
В таблицах со справочными данными по характеристикам ремней указаны их размеры с учетом необходимых коэффициентов тяги.
Геометрический расчет. Расчетная длина ремней при известном межосевом расстоянии и диаметрах шкивов (рис.71):
Где . Для конечных ремней длину окончательно согласовывают со стандартными длинами по ГОСТ. Для этого выполняют геометрический расчет согласно схемы показанной на рис.73.
Рис.73. Схема к геометрическому расчету ременной передачи
По окончательно установленной длине плоскоременной или клиноременной открытой передачи действительное межосевое расстояние передачи пои условии, что
Расчетные формулы без учета провисания и начальной деформации ремня.
Угол обхвата ведущего шкива ремнем в радианах:
, (12.14)
В градусах 
.
Порядок выполнения проектного расчета.
Для ременной передачи при проектном расчете по заданным параметрам (мощность, момент, угловая, скорость и передаточное отношение) определяются размеры ремня и приводного шкива, которые обеспечивают необходимую усталостную прочность ремня и критический коэффициент тяги при максимальном КПД. По выбранному диаметру ведущего шкива из геометрического расчета определяются остальные размеры: 
Проектный расчет плоскоременной передачи по тяговой способности производят по допускаемому полезному напряжению, Которое определяют по кривым скольжения. В результате расчета определяется ширина ремня по формуле:
, (12.15)
Где - окружная сила в передаче; - допустимая удельная окружная сила, которая соответствует максимальному коэффициенту тяги, которая определяется при скорости ремня =10 м/с и угле обхвата =1800; - коэффициент расположения передачи в зависимости от угла наклона линии центров к горизонтальной линии: =1,0, 0,9, 0,8 для углов наклона =0…600, 60…800, 80…900; - коэффициент угла обхвата шкива ; - скоростной коэффициент: ; - коэффициент режима работы, который принимается: =1,0 спокойная нагрузка; =0,9 нагрузка с небольшими изменениями, =0,8 – нагрузка с большими колебаниями, =0,7 – ударные нагрузки.
Для расчета предварительно по эмпирическим формулам определяется диаметр ведущего шкива
, (12.16)
Где - передаваемая мощность в кВт, - частота вращения.
Диаметр ведущего шкива округляется до ближайшего стандартного.
Принимается тип ремня, по которому определяется допустимая удельная окружная сила по таблице 12.1.
Таблица 12.1
Расчетную ширину ремня округляют до ближайшей стандартной ширины по табл.12.2.
Таблица 12.2 Стандартная ширина плоских приводных ремней
|
20, 25,32, 40, 50, 63, 71, 80, 90, 110, 112, 125, 140, 160, 180, 200, 224, 250, 280… |
|
|
30, 60, 70, 115, 300… |
Таблица 12.3 Ширина обода шкива плоскоременной передачи.
Проектный расчет клиноременной передачи по тяговой способности производят по допускаемой мощности передаваемой одним ремнем выбранного поперечного сечения, которое также определяют по кривым скольжения. В результате расчета определяется количество ремней выбранного сечения по формуле:
, (12.17)
Где - допускаемая мощность, передаваемой одним поперечного сечения; - коэффициент угла обхвата шкива: ; - коэффициент длины ремня: ; - коэффициент, который учитывает неравномерность нагружения между ремнями 
.
Для расчета по формуле (12.17) предварительно по эмпирическим зависимостям определяется тип поперечного сечения ремня (рис.74), а по нему предварительно принимается диаметр ведущего шкива по передаваемой мощности и частоте вращения, согласно таблице 12.3.
Таблица 12.4
Мощность N 0, которая передается одним клиновым ремнем при α =180o, длине ремня ℓ 0 спокойном нагружении и передаточном отношении U = 1
|
d 1, мм |
Р0 (кВт) при скорости ремня υ, м/с |
||||||
|
l 0=1320мм |
|||||||
|
l 0=1700мм |
|||||||
|
l 0=2240мм |
|||||||
|
l 0=3750мм |
|||||||
|
l 0=6000мм |
Перевод системы обозначений сечений клиновых ремней по ГОСТ 1284 в международные стандарты: О – Z, А – A, Б – B, В – C, Г – D, Д – E, Е – E0
Межосевое расстояние может быть задано в исходных данных, либо приниматься в диапазоне
,
Где - высота, выбранного сечения ремня.
В результате геометрического расчета передачи уточняются значения параметров определяются расчетная длина ремня , которая округляется до ближайшего стандартного значения, согласно таблице 12.5.Таблица 12.5
|
Длина , мм |
Сечение ремня |
|||
|
400; 425; 450; 475; 500; 530 |
* | |||
|
560; 600; 630; 670; 710; 750 |
* | * | ||
|
800; 850; 900; 950; 1000; 1060 |
* | * | * | |
|
1120; 1180; 1250; 1320; 1400; 1500; 1600; 1700; 1800; 1900; 2000; 2120; 2240; 2360;2500 |
* | * | * | * |
|
2650; 2800; 3000; 3150; 3350; 3550; 3750; 4000 |
* | * | * | |
|
4250; 4500; 4750; 5000; 5300; 5600; 6000 |
* | * | ||
|
6300; 6700; 7100; 7500; 8000; 8500; 9000; 9500; 10000; 10600 |
* | |||
Расчетное число клиновых ремней округляют до ближайшего большего целого числа.
Проверочный расчет на долговечность. Долговечность ремня определяется его сопротивлением усталости при циклическом нагружении. Сопротивление усталости определяется числом циклов нагружений, которое возрастает с увеличением при скорости ремня и уменьшении его длины. Для обеспечения долговечности ремня в пределах 1000…5000 часов работы проверяется число пробегов ремня в секунду, которое соответствует числу нагружений в секунду
Где - скорость ремня, - длина ремня; 15,0
Таблица 12.7
Размеры и параметры клиновых ремней
|
Обозначение |
сечения, мм |
F , мм2 |
|||||||||
|
Нормального сечения |
|||||||||||
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 - это механизм переноса энергии с помощью приводного ремня, использующего силы трения или зацепления. Величина передаваемой нагрузки зависит от натяжения, угла обхвата и коэффициента трения. Ремни огибают шкивы, один из которых ведущий, а другой - ведомый.
Ременная передача имеет следующие положительные свойства:
Недостатки:
В зависимости от вида ремень бывает плоским, клиновым, круглым и зубчатым. Этот элемент ременной передачи может объединять преимущества нескольких типов, например, поликлиновый.
Материалы подбираются к условиям эксплуатации, где основное значение имеют нагрузка и тип. Они бывают следующими:
Поверхности ремней покрываются тканями с пропиткой для повышения износостойкости.
Типы передач бывают следующими:
Ременная передача открытого типа применяется для работы при высокой скорости и с большим межосевым расстоянием. Высокие КПД, нагрузочная способность и долговечность позволяют использовать ее в промышленности, в частности для сельскохозяйственных машин.
Передача характеризуется трапециевидным поперечным сечением ремня и соприкасающимися с ним поверхностями шкивов. Передаваемые усилия при этом могут быть значительными, но ее КПД - небольшой. Клиноременная передача отличается небольшим расстоянием между осями и высоким передаточным числом.
Передача применяется для высокой скорости при небольшом расстоянии между осями. Она обладает одновременно преимуществами ременных и цепных приводов: работа при высоких нагрузках и с постоянным передаточным отношением. Мощность 100 кВт может обеспечивать преимущественно зубчатая ременная передача. Обороты при этом являются очень высокими - скорость ремня достигает 50 м/с.
Шкив ременной передачи бывает литым, сварным или сборным. Материал выбирают в зависимости от оборотов. Если он изготовлен из текстолита или пластмассы, скорость составляет не более 25 м/с. Если она превышает 5 м/с, требуется статическая балансировка, а для быстроходных передач - динамическая.
В процессе работы у шкивов с плоскими ремнями происходит износ обода от проскальзывания, надлом, трещины, поломка спиц. В клиноременных передачах изнашиваются канавки на рабочих поверхностях, ломаются буртики, происходит разбалансировка.
Если вырабатывается отверстие ступицы, его растачивают, а затем запрессовывают втулку. Для большей надежности ее делают одновременно с внутренним и наружным шпоночными пазами. Тонкостенную втулку устанавливают на клей и крепят болтами через фланец.
Трещины и изломы заваривают, для чего шкив сначала разогревают для устранения остаточных напряжений.
При обтачивании обода под клиновидный ремень допускается, что частота вращения может изменяться до 5% от номинальной.
Все расчеты для любых типов ремней основаны на определении геометрических параметров, тяговой способности и долговечности.
1. Определение геометрических характеристик и нагрузок. Расчет ременной передачи удобно рассмотреть на конкретном примере. Пусть нужно определить параметры ременного привода от электрического двигателя мощностью 3 кВт к токарному станку. Частоты вращения валов составляют, соответственно, n 1 = 1410 мин -1 и n 2 = 700 мин -1 .
Выбирается обычно узкий клиновой ремень как наиболее часто используемый. Номинальный момент на ведущем шкиве составляет:
T1 = 9550P 1: n 1 = 9550 х 3 х 1000: 1410 = 20,3 Нм.
Из справочных таблиц выбирается диаметр ведущего шкива d 1 = 63 мм с профилем SPZ.
Скорость ремня определяется так:
V = 3,14d 1 n 1: (60 х 1000) = 3,14 х 63 х 1410: (60 х 1000) = 4,55 м/с.
Она не превышает допустимую, которая составляет 40 м/с для выбранного типа. Диаметр большого шкива составит:
d2 = d 1 u х (1 - e y) = 63 х 1410 х (1-0,01) : 700 = 125,6 мм.
Результат приводится к ближнему значению из стандартного ряда: d 2 = 125 мм.
Расстояние между осями и длину ремня находят из следующих формул:
a = 1,2d 2 = 1,2 х 125 = 150 мм;
L = 2a + 3,14d cp + ∆ 2: a = 2 х 150 + 3,14 х (63 + 125) : 2 + (125 - 63) 2: (4 х 150) = 601,7 мм.
После округления до ближайшего значения из стандартного ряда получается окончательный результат: L= 630 мм.
Межосевое расстояние изменится, и его можно снова пересчитать по более точной формуле:
a = (L - 3,14d cp) : 4 + 1: 4 х ((L - 3,14d cp) 2 - 8∆ 2) 1/2 = 164,4 мм.
Для типовых условий передаваемая одним ремнем мощность определяется по номограммам и составляет 1 кВт. Для реальной ситуации ее надо уточнить по формуле:
[P] = P 0 K a K p K L K u .
После определения коэффициентов по таблицам получается:
[P] = 1 х 0,946 х 1 х 0,856 х 1,13 = 0,92 кВт.
Требуемое количество ремней определяется делением мощности электродвигателя на мощность, которую может передавать один ремень, но при этом еще вводится коэффициент С z = 0,9:
z = P 1: ([P]C z) = 3: (0,92 х 0,9) = 3,62 ≈ 4.
Сила натяжения ремня составляет: F 0 = σ 0 A = 3 х 56 = 168 H, где площадь сечения А находится по таблице справочника.
Окончательно нагрузка на валы от всех четырех ремней составит: F sum = 2F 0 z cos(2∆/a) = 1650 H.
2. Долговечность. В расчет ременной передачи входит также определение долговечности. Она зависит от сопротивления усталости, определяемого величиной напряжений в ремне и частотой их циклов (количество изгибов в единицу времени). От появляющихся при этом деформаций и трения внутри ремня происходят разрушения усталости - надрывы и трещины.
Один цикл нагрузки проявляется в виде четырехкратного изменения напряжений в ремне. Частота пробегов определяется из такого соотношения: U = V: l < U d ,
где V - скорость, м/с; l - длина, м; U d - допускаемая частота (<= 10 - 20 для клиновых ремней).
3. Расчет зубчатых ремней. Главным параметром является модуль: m = p: n, где p - окружной шаг.
Величина модуля зависит от угловой скорости и мощности: m = 1,65 х 10-3 х (P 1: w 1) 1/3 .
Поскольку он стандартизован, расчетная величина приводится к ближайшему значению ряда. Для высоких скоростей берутся повышенные значения.
Число зубьев ведомого шкива определяется по передаточному числу: z 2 = uz 1 .
Межосевое расстояние зависит от диаметров шкивов: a = (0,5...2) х (d 1 + d 2).
У ремня число зубьев будет равно: z p = L: (3,14m), где L - ориентировочная расчетная длина ремня.
После выбирают ближнее стандартное число зубьев, затем определяют точную длину ремня из последнего соотношения.
Нужно также определить ширину ремня: b = F t: q, где F t - окружная сила, q - удельное натяжение ремня, выбираемое по модулю.
Нагрузка на валы составит: R = (1...1,2) х F t .
Работоспособность ременных передач зависит от типа ремней и условий их эксплуатации. Правильный расчет позволит выбрать надежный и долговечный привод.
