Учебное пособие 1564

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Воронежский государственный технический университет

В.А. Нилов, Ю.Б. Рукин, Ю.В. Кирпичев

РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ С ГИБКОЙ СВЯЗЬЮ

Учебное пособие

Воронеж 2000

ВВ Е Д Е Н И Е

Всовременных машинах для подвода энергии от двигателя к рабочим органам используются различные передачи вращательного движения, которые обеспечивают непрерывное и равномерное движение при небольших потерях на трение и позволяют иметь простую и компактную конструкцию передаточного механизма.

Применение передач в машинах обусловлено следующими причинами:

1)требуемые (технологические) скорости движения рабочих органов машин, как правило, не совпадают с оптимальными скоростями двигателя;

2)двигатели имеют обычно равномерное вращательное движение ведущего звена, а в машинах часто требуется возвратно-поступательное движение или движение с заданным законом изменения скорости;

3)для большинства технологических и транспортных машин необходимо регулирование скорости и периодическая работа с высокими нагрузками (при малых скоростях), тогда как регулирование скорости самого двигателя не всегда возможно и экономично;

4)двигатели не всегда могут быть соединены непосредственно с рабочим органом из-за различных конкретных требований (габариты машины, удобство обслуживания и т.п.), а иногда должны приводить в действие сразу несколько механизмов.

Всовременном машиностроении успешно применяются самые различные передачи: электрические на постоянном и переменном токе с различными системами регулирования скорости исполнительного органа; гидравлические, работающие с использованием энергии гидростатического давления жидкости или гидродинамики; пневматические, использующие избыточное давление газа или вакуум; механические. Наибольшее применение в станкостроении имеют механические и комбинированные передачи (в которые механические передачи входят составной частью).

Механические передачи наряду с реализацией движения от двигателя к рабочему органу машины способны выполнять следующие функции:

1)понижать или повышать угловые скорости, соответственно увеличивая или уменьшая крутящие моменты;

2)преобразовывать один вид движения в другой (вращательное в возвратнопоступательное, равномерное, в прерывистое с выстоями рабочего органа);

3)регулировать (дискретно или непрерывно) скорости рабочего органа машины;

4)реверсировать движение рабочего органа;

5)распределять крутящий момент двигателя между несколькими органами машины.

3

В зависимости от принципа действия все механические передачи делятся на две группы:

1) передачи зацепления (работают за счет сил давления между зубъями)

– зубчатые, червячные, винтовые, цепные; 2) передачи трением (работают за счет сил трения между элементами

передачи) – фрикционные и ременные.

В зависимости от способа соединения ведущего и ведомого звеньев бы-

вают:

1)передачи непосредственного контакта между ведущим и ведомым звеньями – фрикционные, зубчатые, червячные;

2)передачи гибкой связью (между ведущими и ведомыми звеньями имеется гибкая связь в виде ремня или цепи) – ременные и цепные; они допускают значительные межосевые расстояния между ведущим и ведомым валами.

Взависимости от назначения механические передачи выполняют с постоянным или переменным (регулируемым) передаточным числом. В последнем случае применяют ступенчатое (дискретное) или бесступенчатое (непрерывное) регулирование. Ступенчатое регулирование дешевле и осуществляется более простыми и надежными механизмами. Бесступенчатое регулирование вследствие возможности выбора оптимального процесса повышает производительность и качественные показатели работы машины, а также способствует автоматизации рабочего процесса.

Внастоящем учебном пособии рассматривается область применения, расчет на прочность, конструкция тяговых органов (ремней и цепей) механических передач с гибкой связью, которые могут применяться в виде отдельных передач, работать в составе механического привода или в виде силового элемента устройств для непрерывного регулирования скорости (ременных или цепных вариаторов) /1, 2/.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕМЕННЫХ ПЕРЕДАЧАХ

Ременные передачи относятся к передачам с гибкой связью и работают за счет сил трения. Они состоят из ведущего и ведомого шкивов, огибаемых ремнем (рис.1). Полезная нагрузка между шкивами передаются силами трения, возникающими между шкивами и ремнем в следствии натяжения последнего. В зависимости от формы поперечного сечения ремня передачи бывают: плоскоременные (рис.1 а), клиноременные (рис.1 б), круглоременные (рис.1 в), поликлиновые (рис.1 г). Наибольшее распространение в машиностроении имеют клиновые и поликлиновые ремни.

4

Разновидностью ременной передачи является зубчато-ременная, передающая нагрузку путем зацепления ремня со шкивом.

Достоинства ременных передач. Простота конструкции и низкая стоимость. Возможность передачи мощности на значительные расстояния (до 15 м). Плавность и бесшумность работы. Смягчение вибрации и толчков вследствие упругой вытяжки ремня.

Недостатки. Большие габаритные размеры, в особенности при передаче значительной мощности. Малая долговечность ремня в быстроходных передачах. Большие нагрузки на валы и подшипники от натяжения ремня. Непостоянное передаточное число из-за неизбежного упругого скольжения ремня. Неприменяемость во взрывоопасных местах вследствие электризации ремня.

Натяжение ремней. Предварительное натяжение ремня F0 является необходимым условием работы ременной передачи. Чем выше F0, тем больше тяговая способность и КПД передачи, но меньше долговечность ремня.

Для создания натяжения ремня конструкция должна допускать изменение межосевого расстояния (аw).

Натяжение ремня в передачах осуществляется:

устройствами периодического действия (винтовыми), в которых натяжение регулируется винтами;

устройствами постоянного действия (грузовыми), где натяжение создается грузом, силой тяжести узла или пружиной (к ним относятся натяжные ролики, качающиеся плиты);

устройствами, автоматически обеспечивающими регулирование натяжения в зависимости от нагрузки.

Более подробные сведения по натяжным устройствам изложены в разде-

ле 5.6.

КПД ременных передач зависит от потерь на скольжение ремня по шкивам, на внутреннее трение в ремне при изгибе, на сопротивление воздуха движению ремня и шкивов, на трение в подшипниках и степени загруженности передачи. При нормальных условиях работы принимают: для плоскоременной передачи η=0,94…0,96; для клиноременной и поликлиноременной

η=0,88…0,96.

В сочетании с другими передачами ременные передачи применяют на быстроходных ступенях привода.

5

2. ПЛОСКОРЕМЕННАЯ ПЕРЕДАЧА

Плоскоременная передача имеет простую конструкцию шкивов и вследствие большой гибкости ремня обладает повышенной долговечностью. В современном машиностроении плоскоременные передачи находят применение в быстроходных приводах шлифовальных и текстильных станков. Передачи с плоским ремнем незаменимы, когда наряду с высокой скоростью и мощностью предъявляются особые требования к плавности вращения ведомого вала, она отличается относительно невысокими требованиями к точности изготовления и монтажа.

Плоскоременная передача рекомендуется при больших межосевых расстояниях и высоких (до 100 м/с) скоростях. Шкивы плоскоременных передач имеют гладкую рабочую поверхность обода. Для центрирования ремня поверхность ведомого шкива делают выпуклой (рис. 2), а ведущего – цилиндрической. В быстроходных передачах (при V≥25 м/с) оба шкива делают выпуклыми. Значение выпуклости шкива зависит от его диаметра (табл. 1).

Таблица 1а Геометрические параметры шкивов плоскоременной передачи

Шкивы небольших размеров изготавливают из чугуна, стали и алюминиевых сплавов. В настоящее время применяют шкивы из пластмасс. Они имеют малую массу и повышенный коэффициент трения между ремнем и шкивом, но плохо проводят теплоту и не очень износостойки. Шкивы быстроходных передач подвергают балансировке. Конструирование шкивов осуществляют по справочной литературе /3/. Рекомендуется принимать (рис. 2):

dст. = (1,5…1,6) dB + 10 мм; lст. = (1,2…1,5) dB;

δ = 0,02 (d+2В); С = 1,25 δ.

7

2.1. Конструкция ремней

Материал плоского приводного ремня должен обладать прочностью, износостойкостью, эластичностью и долговечностью, хорошо сцепляться со шкивами и иметь низкую стоимость.

В приводах промышленного оборудования рекомендуется применять два типа плоских ремней: прорезиненные с несущим слоем из кордшнура и синтетические тканые /2,4/.

Кордшнуровые прорезиненные ремни состоят из крученных анидных кордшнуров 1, расположенных в слое резины 2 (рис. 3 а, б), снаружи покрыты тканью 3 для обеспечения более высокой износостойкости. Прочные, эластичные кордшнуровые ремни получили применение для широкого диапазона мощностей при передаче спокойных нагрузок при скорости V≤35 м/с. Выпускаются в виде бесконечных (замкнутых) лент толщиной 2,2…6,0 мм (табл. 2)

/4/.

8

Пример условного обозначения кордшнурового (кордтканевого) ремня шириной 50 мм, толщиной 2,8 мм, с расчетной длиной 2800 мм:

ремень 50х2,8-2800 Ш (Т)ТУ38-105514-84.

Синтетические тканые ремни изготавливаются из капроновой ткани просвечивающего плетения, которую пропитывают полиамидным раствором и покрывают специальной фрикционной полиамидной пленкой, обеспечивающей высокий коэффициент трения (f ≈ 0,5) со шкивом (рис. 3б). Уточные нити 1 передают нагрузку, тканая основа 2, фрикционная пленка 3. По сравнению с кордшнуровыми синтетические ремни обладают меньшей тяговой способностью, но могут работать в высокоскоростных передачах V≤100 м/с (табл. 3), (например, в приводах внутришлифовальных станков и т.п.). Ремни выпускаются в виде бесконечных лент, толщиной 0,8 мм (из ткани марки А) и 1,0 мм (из ткани марки Б) (табл. 1). Ремни меньшей толщины рекомендуется использовать при скорости более 40 м/с. Пример условного обозначения тканого ремня из синтетической ткани марки А с расчетной длиной 900 мм и шириной

15 мм: РПСМ-А-900х15 ТУ 17-21-598-87.

Таблица 3

Сравнительная характеристика ременных передач /4/

9

Кроме рассмотренных конструкций ремней в машиностроении применяют резиновые ремни по ГОСТ 23831-79, состоящие из нескольких слоев прорезиненной ткани-бельтинга, связанной вулканизированной резиной (рис. 3в). До последнего времени эти ремни были основными ремнями. Резинотканевые ремни требуют больших габаритов передачи, имеют невысокую надежность и для вновь проектируемых изделий не рекомендуются.

Преимущественное распространение из ремней этой группы имеют ремни типа А (нарезные) как более гибкие. Они состоят из нарезанных соответственно ширине ремня слоев ткани. Для повышения гибкости их выполняют с резиновыми прослойками между прокладками. Послойно завернутые ремни (тип Б) (рис. 3в) имеют центральную прокладку, обернутую кольцевыми слоями ткани. Спирально завернутые ремни (тип В) выполняют из одного куска ткани. Эти ремни более жесткие, требуют шкивов больших диаметров и допускают скорости до 15…20 м/с. Поставляются в рулонах.

2.2. Расчет плоскоременной передачи

Основными критериями работоспособности плоскоременной передачи являются тяговая способность и долговечность ремня. Проектный расчет проводят по критерию тяговой способности. Проверочным являются расчет на долговечность ремня. В результате расчета определяют тип ремня, геометрические параметры передачи, уточняют передаточное число и находят силы, действующие на вал.

Последовательность проектного расчета плоскоременной передачи

1.В зависимости от условий работы передачи выбирают тип ремня, ориентируясь на данные табл. 3. Для быстроходных передач (при скорости больше 20 м/с) рекомендуется применять синтетические тканые ремни, для среднескоростных – кордшнуровые прорезиненные ремни.

Тип резинового ремня выбирается в зависимости от скорости ремня, при скорости менее 15 м/с назначается ремень типа В, от 15 до 20 м/с – ремень типа Б, а при скорости более 20 м/с применяют нарезные ремни типа А. Геометрические параметры тканых и кордшнуровых ремней приведены в табл. 2,

4, 5.

2.Определяют диаметр ведущего шкива D1, учитывая, что долговечность ремня и КПД передачи снижаются с уменьшением диаметра шкива. Поэтому диаметр D1 следует принимать возможно большим.

10