7.3. Силы и напряжения в ременных передачах

Для передачи окружной силы между ремнем и шкивом за счет предварительного натяжения ремней создается сила трения. При работе ведущая ветвь ремня (ВЩ на рис. 7.4) натягивается до силы , натяжение ведомой ветви (ВМ на рис. 7.4) уменьшается до .

Рис. 7.4. Силы в ременной передаче

При обегании ремнем шкивов на него действует центробежная сила , где плотность материала; скорость ремня; - площадь сечения ремня.

Таким образом, силы натяжения при передаче полезной нагрузки:

- ведущей ветви ремня ,

- ведомой ветви ремня .

Окружная сила характеризует тяговую способность передачи при данном натяжении ремня силой и коэффициенте упругого скольжения , где , окружные скорости ведущего и ведомого шкивов.

Тяговая способность передачи, связанная с силой трения между ремнем и шкивом, увеличивается с увеличением коэффициента трения и угла обхвата (см. рис. 7.1) и уменьшается с увеличением скорости ремня вследствие действия центробежных сил.

Критерием рациональной работы ремня служит коэффициент тяги , значение которого определяет допускаемую окружную силу

, (7.1)

где значения установлены экспериментально для каждого типа ремня: для плоских ремней , для клиновых и поликлиновых [5]; сила .

В ремне действуют следующие напряжения:

- предварительное напряжение (от силы ) ;

- полезное напряжение (от нагрузки ) ;

- напряжение изгиба , – расстояние от нейтральной линии до опасных волокон, с которых начинается разрушение ремня, – модуль упругости ремня, – расчетный диаметр;

- напряжения от центробежных сил .

Наибольшее суммарное напряжение возникает в сечении ремня в месте его набегания на малый шкив (точка С на рис. 7.1)

. (7.2)

Напряжения изгиба, изменяясь по отнулевому циклу, не влияют на тяговую способность передачи, однако являются главной причиной усталостного разрушения ремня.

Силы натяжения ветвей ремня (кроме центробежных) воспринимаются опорами вала (см. рис. 7.4). При передаче ремнем полезной нагрузки (без учета центробежных сил) нагрузка на опору

. (7.3)

Обычно эта радиальная нагрузка на опору (см. рис. 7.4) в 2…3 раза больше передаваемой ремнём окружной силы.

7.4. Основные критерии работоспособности

Основными критериями работоспособности являются:

- тяговая способность или прочность сцепления ремня со шкивом;

- долговечность (ресурс) ремня.

Если не будет выдержано первое условие, ремень начнёт буксовать, если не выполнить второе – ремень быстро разорвётся.

Расчет по тяговой способности является основным расчетом ременных передач, обеспечивающим одновременно прочность ремней и передачу ими требуемой нагрузки.

Расчёт на долговечность (ресурс) выполняют, как проверочный [3], [5].

Проектировочный расчет клиноременной передачи начинают с выбора сечения ремня по заданной передаваемой мощности и частоте вращения малого шкива с помощью графиков (рис. 7.5) [5].

Рис. 7.5. Графики для выбора сечения ремня

На рис. 7.5 представлены графики в зависимости от вида нормального сечения клинового ремня; буквенные обозначения идут в порядке увеличения поперечного сечения: А, B, С, D, Е.

В основе уточненных методов расчета ремней на ресурс лежит уравнение кривой усталости

, (7.3)

где и – опытные постоянные [5]; – наибольшее напряжение, определяемое по формуле (7.2). В формуле (7.3) – эквивалентное число циклов нагружения ремня, которое (в том числе) зависит от частоты пробегов ремня:

, (7.4)

где – скорость ремня, м/с; – длина ремня, м; – допускаемая частота пробегов, с^-1.