Механизмы передач с гибкими звеньями

Под гибкими звеньями понимают плоские и клиновые ремни, металлические канаты, цепи, нити, которые охватывают два или более звеньев и устанавливают определенную связь между движениями этих звеньев.

Передаточное отношение:

(1.9)

Механизмы с гибкой связью благодаря плавности работы, возможности передачи движения на значительные расстояния, простоте и небольшой стоимости нашли широкое применение в качестве приводов. Механизмы состоят из ведущего и ведомого колес (роликов, шкивов, барабанов или звездочек) и охватывающей их гибкой связи.

В качестве гибкой связи применяются бесконечные ремни прямоугольного сечения, клиновые, круглые; стальные ленты; зубчатые ремни; перфорированные ленты.

Механизмы с гибкими звеньями применяют для передачи вращательного движения между валами при больших межосевых расстояниях как с постоянным, так и переменным соотношением их угловых скоростей. Ведущее и ведомое звенья таких механизмов не имеют между собой непосредственного контакта, а их относительное движение осуществляется посредством гибкого звена, которое может быть как замкнутым, так и разомкнутым.

По характеру соединения гибкого звена с ведущим и ведомым звеньями рассматриваемые механизмы подразделяют на передачи трением (рис. 1.21 а), передачи зацеплением (1.22 б).

Передача состоит из ведущего 1 и ведомого 2 шкивов (или звездочек), а также замкнутого звена 3, надетого на шкивы с предварительным натяжением.

а) б)

а – ременная передача; б – цепная передача

Рисунок 1.21 – Схемы передач с гибкими звеньями

Рис. 1.22 - Механизм с гибким звеном Рис. 1.23 - Механизм с гибким звеном (открытая ременная передача) (перекрестная ременная передача)

Необходимым условием нормальной работы передач трением является натяжение гибкой связи, что достигается обычно при помощи натяжных роликов 4 (рис. 1.24 и 1.25).

В передачах зацеплением гибким звеном служит либо цепь, либо зубчатый ремень, либо перфорированная лента. Преимущества этих передач перед передачами трением соответствуют преимуществам зубчатых передач перед фрикционными. Нередко гибкое звено используют и в качестве рабочего органа (например, ленточные, цепные и пластинчатые конвейеры).

Рис. 1.24 - Механизм с гибким звеном Рис. 1.25 - Механизм с гибким звеном и

и направляющими роликами натяжным роликом

Наибольшее распространение получили резинотканевые ремни, у которых ткань передает нагрузку, а резина подвергаемая вулканизации, предохраняет ткань от повреждений и повышает коэффициент трения между ремнем и ободом шкива.

В последние годы все больше применяются полиамидные ремни, пригодные для высокоскоростных передач. Они допускают значительные нагрузки, обладая высокой прочностью.

Материал шкивов – чугун, в сварных шкивах – малоуглеродистые стали (Ст. 1 – 6), алюминиевые сплавы, текстолит.

Достоинства ременной передачи:

1) расположение ведущего и ведомого колес на большом расстоянии друг от друга;

2) плавность хода, бесшумность работы, способность смягчать удары благодаря эластичности ремня;

3) простота и дешевизна конструкции.

Недостатки ременной передачи:

1) сравнительно большие габариты;

2) вытягивание и значительный износ ремня;

3) непостоянство передаточного числа из-за проскальзывания ремней.

Предельные скорости ременной передачи: до 40 м/с.

Чем короче ремень тем чаще при данной скорости он подвергается напряжениям изгиба и следовательно изнашивается. Поэтому межцентровые расстояния – а (рис. 2.6) выбирают:

а ≈ (0,1…0,07) ʋ, (1.10)

или

а ≥ (1,5 … 2,0) (D₁ + D₂), (1.11)

где D₁ , D₂ – диаметр ведущего и ведомого шкивов.

Если не учитывать проскальзывание, то передаточное число:

i = ω₁/ω₂ = D₂ / (1 - ɛ) D₁, (1.12)

где ɛ - коэффициент скольжения (ε = 0,01…0,03)

Наибольшее распространение в машиностроении получила клиноременная передача (КРП), в частности, в автомобилях, тракторах, вентиляторах, транспортерах, в приводах станков и т.п. (рис. 1.26).

Рисунок 1.26 - Конструкция многоручьевой РП (а) и варианты расположения ремня (б):

I – правильное; II – III – неправильное

Достоинства КРП (по сравнению с плоскоременными):

1) более высокие передаточные отношения i (до 7 – 10);

2) возможность работы при любом расположении РП (даже вертикальном);

3) использование в качестве вариатора;

4) значительная передаваемая мощность до 200 кВт и скорость ʋ до 30 м/с.

Это объясняется значительно большей тяговой способностью за счет повышения сцепления ремня со шкивом. При прочих равных условиях, клиновые ремни способны передавать в три раза большую окружную силу, чем плоские.

Главным достоинством зубчатых ремней (рис. 1.27) является работа без проскальзывания, т.е. передаточное отношение i = const. Они также обладают высокой несущей способностью, вследствие высокой разрывной прочности (использование скрученных кордных нитей и облицовки нейлоновой тканью), устойчивостью к маслам, теплу, влаге.

Рисунок 1.27 – Передача зубчатым ремнем

Зубчатые ремни (рис.1.28) применяются, например, в механизме газораспределения двигателей внутреннего сгорания.

Рисунок 1.28 – Зубчатый ремень

У многорядных конструкций ременных передач вследствие разной длины и упругих свойств, нагрузка между ремнями распределяется неравномерно. Поэтому в последнее время начали использоваться поликлиновые ремни – бесконечные плоские ремни с продольными ребрами на внутренней стороне (рис. 1.29).

Рисунок 1.29 - Установка поликлинового ремня на шкив: 1 - шкив; 2 - поликлиновой ремень

Поликлиновые ремни используются в приводах с внешним роликом в случаях, когда несколько шкивов расположены в одной плоскости, и направление их вращения должно изменяться (серпантинный привод).

Ширина такого ремня в 1,5 – 2 раза меньше, чем ширина комплекта ремней той же передаваемой мощности, а по всей ширине расположен высокопрочный синтетический шнуровой корд.

Преимущества:

• высокий КПД;

• высокая скорость вращения;

• низкий уровень шума и вибрации;

• экстремальная динамическая стабильность;

• устойчивость к резким изменениям момента вращения и кратковременным перегрузкам

• надежное сцепление ремня со шкивом и высокий запас мощности

Области применения:

• машиностроение – фрезерные и токарные станки, текстильные станки, бумажная промышленность, воздушные насосы;

бытовая техника – стиральные машины, сушилки, спортивные снаряды, бытовые инструменты.

Цепная передача – передача механической энергии между параллельными валами с помощью двух колес (звездочек) 1 и 2 и охватывающей звездочки бесконечной цепи (рис. 1.21 б). Цепная передача, так же как и ременная принадлежит к числу передач с гибкой связью – цепью, входящей в зацепление с зубьями звездочки. Таким образом, цепную передачу можно классифицировать как передачу зацеплением с гибкой связью (ременная – трение с гибкой связью).

Наличие зацепления (рис. 1.30) позволяет обойтись без предварительного натяжения цепи. В конструкциях цепной передачи иногда предусматривают натяжные устройства для компенсации удлинения цепи и обеспечения эксплуатационной (заданной) величины провисания ведомой ветви цепи.

Угол обхвата звездочки цепью не имеет такого значения как в ременной передаче.

Рисунок 1.30 – Цепная передача: z1 – ведущая звездочка; z2 – ведомая звездочка

Цепную передачу можно применять как при больших, так и при малых межосевых расстояниях – а.

Они могут передавать мощность от одного ведущего звена 1 нескольким звездочкам 2.

Классификация цепных передач

• по типу цепей: а) роликовые; б) втулочные; в) зубчатые;

• по количеству рядов: а) однорядные; б) многорядные;

• по количеству ведомых звездочек: а) нормальные (двухзвенные); б) специальные

– многозвенные;

• по конструктивному исполнению: а) открытые (рис. 2.13); б) закрытые.

Достоинства цепной передачи:

1) принцип зацепления, а также прочность цепи (по сравнению с РП) позволяет передать цепью большие нагрузки с постоянным передаточным числом и при значительно меньшем межосевом расстоянии (меньшие габариты);

2) возможность передачи движения одной цепью нескольким звездочкам;

3) возможность передачи вращения на большие расстояния (до 7 метров) по сравнению с зубчатыми передачами (ЗП) и ФП;

4) меньшие, чем у РП, нагрузки на валы;

5) высокий кпд ≈ 0,98.

Недостатки цепной передачи:

1) сравнительно высокая стоимость цепей;

2) вытягивание цепей из-за износа в шарнирах;

3) повышенный шум вследствие удара звеньев цепи при входе в зацепление;

4) необходимость качественного монтажа и тщательного ухода за передачей;

5) невозможность реверса без остановки;

6) небольшой срок службы цепей, в основном это касается открытых ЦП.

Область применения цепной передачи:

- для передачи больших мощностей (до 150 кВт) при высоких скоростях (до 25 –

30 м/сек);

• в транспортирующих устройствах (элеваторы, конвейеры, мотоциклы, велосипеды и т.п.), в приводах станков и сельхозмашин, в химическом, нефтехимическом машиностроении и т.д.

ЦП выполняют как понижающими, так и повышающими передачами.

Цепи представляют из себя многозвенную конструкцию, изготовленную из малоуглеродистых (Ст. 15, 20), закаленных (HRC 40…60) сталей. Зубчатые цепи имеют пластины с профилем зубьев звездочек, поэтому имеют большую плавность и бесшумность работы.

Геометрические параметры цепной передачи:

− межосевое расстояние а ≥ (30…50)·Р, где Р – шаг цепи;

− допустимое провисание f = (0,002…0,004) a;

− передаточное отношение:

где ω₁, ω₂ – угловые скорости соответственно ведущей и ведомой звездочки; z₁ и z₂ - числа зубьев соответственно ведущей и ведомой звездочки.

Для одноступенчатой цепной передачи:

i ≤ 7 (1.14)

Коэффициент полезного действия цепной передачи колеблется от 0,92 до 0,98.