Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Орский Гуманитарно-Технологический Институт (филиал)

Государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Оренбургский Государственный Университет»

кафедра общепрофессиональных дисциплин

Расчет клиноременной передачи

Методические указания

для студентов специальностей

151001, 190601, 150501, 140211, 140604, 140106

г.Орск—2006г

ББК-34.44

УДК 621.81

Расчет клиноременной передачи. Методические указания для студентов специальностей 151001, 190601, 150501, 140211, 140604, 140106

Составители: ст. преподаватель Г.С. Баширова, преподаватель Д.В. Анненков, зав.каф. общепрофессиональных дисциплин Е.В. Баширова

 Издательство Орского Гуманитарно-Технологического Института, 2006

1. Методика расчета клиноременной передачи

1.1. Общие сведения

Ременная передача состоит из ведущего и ведомого шкивов, закрепленных на валах, и ремня, охватывающего шкивы с натяжением и передающего окружное усилие с помощью трения (рис.1).

Рис.1. Ременная передача

В зависимости от формы поперечного сечения ремня различают плоскоременные, круглоременные, клиноременные и поликлиновые передачи. Разновидностью ременной передачи является зубчатая, передающая усилие за счет зацепления ремня со шкивами.

Наиболее широкое применение имеют клиноременные и поликлиновые передачи.

Клиновые ремни выполняются прорезиненными и имеют сечение трапециидальной формы (рис.2).

Рис.2. Основные параметры клинового ремня Рис.3. Основные типы клиновых ремней

Клиновые ремни производят нормального и узкого сечения.

Скорость клиновых ремней нормального сечения обычно не превышает V=25..30м/с. Узкие ремни обладают в 1,5…2 раза большей несущей способностью, могут работать при более высоких скоростях и с большей частотой перегибов.

Клиновые ремни изготавливают в виде замкнутой бесконечной ленты; стандартом ГОСТ 1284.1-81 предусмотрено семь сечений клиновых ремней (рис.3): О; А; Б; В; Г; Д; Е, перечисленных в порядке возрастания размеров поперечного сечения.

Клиновые ремни узкого сечения выпускают четырех типов: УО; УА; УБ; УВ.

1.2. Последовательность расчета клиноременной передачи

1.2.1. Выбор сечения ремня

По номограмме (рис.4) для заданных условий (Р_пр -номинальная передаваемая мощность и n_пр -частота вращения ведущего вала привода) подбирают сечение ремня с техническими данными (табл.1).

Рис.4. Номограмма для выбора сечения клинового ремня

Таблица 1

Клиновые ремни по гост 1284.1–80 – гост 1284.3–80

Сечение	bр, мм	b, мм	T0, мм	Площадь сечения Ар, мм2	Масса, кг/м	Lр, мм	L=Lр–Lвн	dmin, мм
О	8,5	10	6,0	47	0,06	400…2500	25	63
А	11,0	13	8,0	81	0,10	560…4000	33	90
Б	14,0	17	10,5	138	0,18	800…6300	40	125
В	19,0	22	13,5	230	0,30	1800…10000	59	200
Г	27,0	32	19,0	476	0,60	3150…14000	76	315
Д	32,0	38	23,5	692	0,90	4500…18000	95	500
Е	42,0	50	30,0	1172	1,52	6300…18000	120	800
Примечания: 1. Lр – расчетная длина ремня на уровне нейтральной линии; Lвн – внутренняя длина ремня по меньшему основанию. 2. Стандартный ряд длин Lр: 400, 450, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 280, 3150, 3550, 4000, 4500, 5000, 5600, 6300, 7100, 8000, 9000, 10000, 11200, 12500, 14000, 16000, 18000. В технически обоснованных случаях допускаются промежуточные значения Lр: 425, 475, 530, 600, 670, 750, 850, 950, 1060, 1180, 1320, 1500, 1700, 1900, 2120, 2360, 3000, 3350, 3750, 4250, 4750, 5300, 6000, 6700, 7500, 8500, 9500, 10600, 11800, 13200, 15000, 17000. 3. Примеры условных обозначений: ремень сечения В с Lр=2500мм с кордной тканью в несущем слое для работы в умеренном климате: Ремень В–2500 Т ГОСТ 1284.1–80–ГОСТ 1284.3–80; то же, с кордшнуром: Ремень В–2500 Ш ГОСТ 1284.1–80–ГОСТ 1284.3–80

1.2.2. Диаметры ведущего и ведомого шкивов

1.2.2.1. Для повышения ресурса работы передачи рекомендуется устанавливать меньший (ведущий) шкив с расчетным диаметром d₁>d_min (на один – два номера больше). Стандартный ряд диаметров: 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140, 160, 180, 200, 224, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 3150, 3550, 4000.

1.2.2.2. Диаметр ведомого шкива

d₂ = d_{1 *} u _* (1 – ), мм

где =0,01…0,02 – коэффициент упругого скольжения; ременной передачи.

u – передаточное отношение ременной передачи.

Полученное значение d₂ округлить до ближайшего стандартного.

1.2.3. Уточнение передаточного отношения

с учетом относительного скольжения

Отклонение фактического передаточного числа от заданного не должно превышать 3%, т.е.

1.2.4. Межосевое расстояние

a_min = 0,55 _* (d₁ + d₂) + T₀, мм

a_max = d₁ + d₂, мм

где T₀ – высота сечения ремня ( табл.1)

Следует принять промежуточное значение межосевого расстояния.

1.2.5. Расчетная длина ремня

Принять ближайшее стандартное значение L_p (табл.1).

1.2.6. Уточнение межосевого расстояния

1.2.6. Условия эксплуатации

Для установки и замены ремней следует предусмотреть возможность уменьшения величины "а" на 2%, а для компенсации отклонений и удлинений во время эксплуатации – возможность увеличения величины "а" на 5,5%.

1.2.7. Угол обхвата ремня малого шкива d₁

_1min=90⁰.

1.2.8. Допускаемое значение мощности на один ремень (один клин)

в эталонной передаче

P₀ = (10^-7 _* n_{пр *} d₁² – 7 _* 10^-5 _* d₁² + 2,25 _* 10^-4 _* n_пр +

+ 1,1 _* 10^-3 _* n_{пр *} lgu_{ф *} u_ф^-1 + 2,25 _* 10^-2 _* d₁ – 1,1) _* K_pp, кВт

где К_рр – коэффициент для клиновых ремней (табл.2);

Таблица 2

Значение коэффициента Крр

Значение	О	А	Б	В	Г	Д	Е
КРР	0,51	0,663	0,857	1,13	1,30	1,68	2,23

1.2.9. Расчетное значение мощности на один ремень (клин) в заданных условиях

P_Р = P_{0 *} C_{ *} C_L / C_Р, кВт

где С_ – коэффициент расположения передачи (табл.3);

C_L – коэффициент длины ремня (табл.4);

C_Р – коэффициент динамической нагрузки и режима работы привода (табл.5.) Таблица 3

Значение коэффициента с

1, 0	180	170	160	150	140	130	120	100	90
С	1,0	0,98	0,95	0,92	0,89	0,86	0,82	0,73	0,68

Таблица 4

Значение коэффициента сl

Lр, мм	Сечение ремня
	О	А	Б	В	Г	Д	Е
400 450 500 560 630 710 800 900 1000 1120 1250 1400 1600 1800 2000 2240 2500 2800 3150 3550 4000 4500 5000 5600 6300 7100 8000 9000 10000 12500 15000 18000	0,79 0,80 0,81 0.82 0,84 0,86 0,90 0,92 0,94 0,95 0,98 1,01 1,04 1,06 1,08 1,10 1,30 – – – – – – – – – – – – – – –	– – – 0,79 0,81 0,83 0,85 0,87 0,89 0,91 0,93 0,96 0,99 1,01 1,03 1,06 1,09 1,11 1,13 1,15 1,17 – – – – – – – – – – –	– – – – – – – 0,82 0,84 0,86 0,88 0,90 0,93 0,95 0,98 1,00 1,03 1,05 1,07 1,09 1,13 1,15 1,18 1,20 1,23 – – – – – – –	– – – – – – – – – – – – – 0,86 0,88 0,91 0,(3 0,95 0,97 0,99 1,02 1,04 1,07 1,09 1,12 1,15 1,18 1,21 1,23 – – –	– – – – – – – – – – – – – – – – – – 0,86 0,88 0,91 0,93 0,96 0,98 1,01 1,04 1,06 1,09 1,11 1,17 1,20 –	– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – 0,92 0,95 0,97 1,00 1,02 1,05 1,07 1,13 1,17 1,20	– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – 0,92 0,96 0,98 1,01 1,03 1,08 1,11 1,16

Таблица 5

Значение коэффициента сp

Условия работы	Тип машин	Тип двига-еля	Значения СР при числе смен работы
			1	2	3
Режим легкий. Нагрузка спокойная. Кратковременная нагрузка – до 120% от номинальной	Станки с непрерывным процессом резания. Центробежные насосы и компрессоры. Ленточные конвейеры, сепараторы	I II	1,0 1,2	1,1 1,4	1,4 1,6
Режим средний. Умеренные колебания. Кратковременная нагрузка – до 150% от номинальной	Станки фрезерные, поршневые компрессоры и насосы. Цепные транспортеры, элеваторы. Дисковые пилы. Пищевые машины	I II	1,1 1,3	1,2 1,5	1,5 1,7
Режим тяжелый. Значительные колебания нагрузки. Кратковременная нагрузка – до 200% от номинальной	Станки строгальные, долбежные, деревообрабатывающие. Конвейеры винтовые, скребковые. Прессы винтовые эксцентриковые с тяжелым маховиком. Машины для брикетирования кормов	I II	1,2 1,4	1,3 1,6	1,6 1,9
Режим тяжелый. Ударная нагрузка. Кратковременная нагрузка – до 300% от номинальной	Подъемники, экскаваторы. Прессы винтовые с легким маховиком. Ножницы, молоты, мельницы, дробилки, лесопильные рамы	I II	1,3 1,5	1,5 1,7	1,7 2,0
Примечания: 1. Тип двигателя I – значения Ср указаны для передач от электродвигателей переменного тока общепромышленного применения и от двигателей постоянного тока шунтовых. 2. Тип двигателя II – значения Ср указаны для передач от электродвигателей переменного тока с повышенным пусковым моментом от электродвигателей постоянного тока сериесных.

1.2.10. Предварительное число ремней

Z'_p  P_пр / P_Р

Полученное значение Z'_p округлить до целого Z_p.

1.2.11. Уточнить необходимое число ремней с учетом неравномерности их нагружения

где С_Z – коэффициент неравномерности нагружения ремней (табл.6).

Таблица 6

Значение коэффициента сz

Число ремней Zр	1	2…3	4…6	>6
СZ	1	0,95	0,90	0,85

Z'_p[Z_p] – округлить до целого значения.

Примечание: С увеличением числа ремней возрастают затруднения в монтаже и эксплуатации передачи. На практике часто ограничивают Z_Р8. Если по расчету получается большее число ремней Z_p>[Z_p], то следует увеличить диаметр ведущего шкива d₁ и длину ремня L_p либо использовать следующие сечения.

1.2.12. Скорость ремней

где [V] – предельно допустимая скорость ремня (табл.7)

Таблица 7

Значение предельно допустимой скорости ремня [V]

Сечение	О	А	Б	В	Г	Д	Е
Скорость [V], м/с	30	30	30	30	33	33	33

1.2.13. Число пробегов ремня

где []=10сек^-1 – допускаемое число пробегов ремня.

1.2.14. Окружная сила

F_t = P_{пр *} 10³ / V_P, Н

1.2.15.Напряжение в ведущей ветви ремня

где ₀ – начальное напряжение в ветвях ремня, МПа (табл.8);

А_р – площадь сечения ремня, мм² (табл.1).

1.2.16. Напряжение в ремне от центробежных сил

_v = 1,2 _* 10^-3 _* V_p², МПа

1.2.17. Напряжение от изгиба _u на ведущем шкиве

где Е – модуль упругости, МПа (табл.8);

Т₀ – высота сечения ремня, мм (табл.1).

1.2.18. Максимальное напряжение в сечениях ремня

_max = ₁ + _V + _u, МПа

1.2.19. Долговечность ремня

где _у=9МПа.

Примечание: установленный стандартом средний ресурс ремней должен быть при легком режиме работы не менее 5000ч, при среднем режиме работы 2000ч, при тяжелом режиме работы 500ч. В случае недостаточного ресурса можно увеличить d₁ на одну ступень из стандартного ряда.

1.2.20. Напряжение в ремне от предварительного натяжения

где ₀^* – допускаемое напряжение в ремне от предварительного натяжения (табл.8), МПа;

В случае если '₀>₀^*, то следует принять '₀=₀^*.

Таблица 8

Значения 0 , 0*, е

Сечение ремня	О	А	Б	В	Г	Д	Е
Напряжение 0, МПа	1,15	1,25	1,30	0,90	0,85	0,75	0,65
Допускаемое напряжение 0*, МПа	1,5	1,5	1,5	1,5	1,25	1,25	1,25
Модуль упругости Е, МПа	100	100	100	100	90	90	90

1.2.21. Сила предварительного натяжения ремней

F₀ = 2 _* '_{0 *} A_{P *} Z_{p *} sin(/2); Н

1.2.22. Сила давления на валы передач

F_p = 1,2 _* F₀, H

1.2.23. Ширина шкива

b'_шк = (Z_p – 1) _* е + 2 _* f, мм

где Z_p – число ремней;

е, f – параметры шкива (табл.9);

b'_шк – округлить до целого b_шк.

Таблица 9

Значения параметров шкива е , f

Сечение ремня	О	А	Б	В	Г	Д	Е
e	12,0	15,0	19,0	25,5	37,0	41,5	58,0
f	8,0	10,0	12,5	17,0	24,0	29,0	38,0

2.2. Пример расчета клиноременной передачи

Исходные данные: в кинематической схеме привода клиноременная передача расположена между электродвигателем и редуктором. Номинальная передаваемая мощность Р_пр=5кВт, передаточное отношение u=3. электродвигатель переменного тока общепромышленного применения, частота вращения (асинхронная) n_пр=960об/мин. Режим работы средний, работа в две смены.

1.2.1. Выбор сечения ремня

По номограмме [1, с.1] для заданных условий (Р_пр=5кВт номинальная передаваемая мощность и n_пр=960об/мин частота вращения ведущего вала привода) выбираем сечение ремня [1, с.4]:

Ремень сечения Б по ГОСТ 1284.1–80 – ГОСТ 1284.3–80:

Сечение	bр, мм	b, мм	T0, мм	Площадь сечения Ар, мм2	Масса, кг/м	Расчетная длина Lр, мм	L=Lр–Lвн	Минимальный диаметр шкива dmin, мм
Б	14,0	17	10,5	138	0,18	800…6300	40	125

2.2.2. Диаметры ведущего и ведомого шкивов

2.2.2.1. Для повышения ресурса работы передачи рекомендуется устанавливать меньший (ведущий) шкив с расчетным диаметром d₁>d_min (на один – два номера больше).

Принимаем d₁=140мм [1, с.4].

2.2.2.2. Диаметр ведомого шкива

d₂ = d_{1 *} u _* (1 – ), мм

где =0,01…0,02 – коэффициент упругого скольжения.

d₂ = 140 _* 3 _* (1 – 0,02) = 411,6мм

Принимаем d₂=400мм [1, с.4].

2.2.3. Уточнение передаточного отношения

с учетом относительного скольжения

Отклонение фактического передаточного числа от заданного не должно превышать 3%, т.е.

2.2.4. Межосевое расстояние

a_min = 0,55 _* (d₁ + d₂) + T₀ = 0,55 _* (140 + 400) + 10,5 = 307,5мм

a_max = d₁ + d₂ = 140 + 400 = 540мм

Принимаем промежуточное значение межосевого расстояния а=450мм.

2.2.5. Расчетная длина ремня

Принимаем L_p=1800мм [1, с.4]

2.2.6. Уточнение межосевого расстояния

2.2.6. Условия эксплуатации

Для установки и замены ремней следует предусмотреть возможность уменьшения величины "а" на 2%, т.е. на 457,6_*0,02=9,2мм, а для компенсации отклонений и удлинений во время эксплуатации – возможность увеличения величины "а" на 5,5%, т.е. на 457,6_*0,055=25,2мм.

2.2.7. Угол обхвата ремня малого шкива d₁

_1min=90⁰.

2.2.8. Допускаемое значение мощности на один ремень (один клин)

в эталонной передаче

P₀ = (10^-7 _* n_{пр *} d₁² – 7 _* 10^-5 _* d₁² + 2,25 _* 10^-4 _* n_пр +

+ 1,1 _* 10^-3 _* n_{пр *} lgu_{ф *} u_ф^-1 + 2,25 _* 10^-2 _* d₁ – 1,1) _* K_pp, кВт

где К_рр=0,857 – коэффициент для клиновых ремней [1, с.6].

P₀ = (10^-7 _* 960 _* 140² – 7 _* 10^-5 _* 140² + 2,25 _* 10^-4 _* 960 +

+1,1_*10^-3_* 960_* lg2,92 _* 2,92^-1 +2,25 _* 10^-2_* 140 –1,1)_* 0,857=2,52 кВт

2.2.9. Расчетное значение мощности на один ремень (клин) в заданных условиях

P_Р = P_{0 *} C_{ *} C_L / C_Р, кВт

где С_=0,89 – коэффициент расположения передачи [1, с.6];

C_L=0,95 – коэффициент длины ремня [1, с.6];

C_Р=1,2 – коэффициент динамической нагрузки и режима работы привода [1, с.7].

P_Р = 2,52 _* 0,89 _* 0,95 / 1,2=1,77кВт

2.2.10. Предварительное число ремней

Z'_p  P_пр / P_Р = 5 / 1,77 = 2,81

Принимаем Z_p = 3.

2.2.11. Уточнить необходимое число ремней с учетом

неравномерности их нагружения

где С_Z=0,95 – коэффициент неравномерности нагружения ремней [1, с.7].

Принимаем Z_p = 3.

2.2.12. Скорость ремней

где [V]=30м/с – предельно допустимая скорость ремня [1, с.8].

2.2.13. Число пробегов ремня

где []=10сек^-1 – допускаемое число пробегов ремня.

2.2.14. Окружная сила

F_t = P_{пр *} 10³ / V_P = 5 _* 10³ / 7,04 = 710,5Н

2.2.15. Нагружение в ведущей ветви ремня

где ₀=1,30МПа – начальное напряжение в ветвях ремня [1, с.9];

А_р=138 мм² – площадь сечения ремня [1, с.4];

.

2.2.16. Напряжение в ремне от центробежных сил

_v = 1,2 _* 10^-3 _* V_p² = 1,2 _* 10^-3 _* 7,04² = 0,059МПа

2.2.17. Напряжение от изгиба _u на ведущем шкиве

где Е=100МПа – модуль упругости [1, с.9];

Т₀=10,5мм – высота сечения ремня [1, с.4];

2.2.18. Максимальное напряжение в сечениях ремня

_max = ₁ + _V + _u = 2,28 + 0,059 + 7,5 = 9,84МПа

2.2.19. Долговечность ремня

где _у=9МПа;

Что достаточно [1, с.8].

2.2.20. Напряжение в ремне от предварительного натяжения

где ₀^*=1,5МПа – допускаемое напряжение в ремне от предварительного натяжения [1, с.9];

2.2.21. Сила предварительного натяжения ремней

F₀ = 2 _*'_{0 *} A_{P *} Z_{p *} sin(₁/2) =2_*1,43 _*138 _*3 _*sin(147,46⁰/2) =1136,6Н

2.2.22. Сила давления на валы передач

F_p = 1,2 _* F₀ = 1,2 _* 1136,6 = 1364H

2.2.23. Ширина шкива

b'_шк = (Z_p – 1) _* е + 2 _* f, мм

где е=19, f=12,5 – параметры шкива [1, с.9];

b'_шк = (3 – 1) _* 19 + 2 _* 12,5 = 63мм

Принимаем b_шк=63мм.

2

15

3

14

4

13

5

12

6

11

7

10

8

9