3433

ТЕМА 11. РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ

11.1.Классификация, назначение, область применения достоинства

инедостатки ременных передач

Область применения. Для передачи движения между сравнительно далеко расположенными друг от друга звеньями применяют механизмы, в которых усилие от ведущего звена к ведомому, передается гибкими звеньями. Ременные передачи применяются в качестве силовых в машинах общего и специального машиностроения (для мощностей до нескольких сот киловатт, передаточных чисел до 10, при окружных скоростях до 30 м/с), а так же в приборах и аппаратах точной механики.

Ременные передачи различают на плоскоременные и клиноременные передачи, зубчатым ремнем.

Ременные передачи являются передачами с фрикционным сцеплением. По взаимному расположению валов и направлению их вращения,

передачи с фрикционным сцеплением и непосредственным соединением (рис.11.2) бывают открытые (а), перекрестные(б) и полуперекрестные(в) – между скрещивающимися валами.

Ременные передачи могут обеспечивать постоянное и переменное передаточное отношение со ступенчатым(а) или плавным изменением(б,в) величины его (рис.11.1). При одном ведомом звене могут быть передачи с несколькими ведомыми звеньями.

Для сохранения постоянства натяжения гибких звеньев в механизмах применяются натяжные устройства: натяжные ролики и пружины, противовесы и т.п.

Достоинством ременных передач являются плавность работы и сравнительная простота устройства.

Недостатки - непостоянство передаточного отношения из-за проскальзывания ремней относительно шкивов.

Рис.11.1. Схемы передач с переменным передаточным отношением

81

11.2. Типы приводных ремней ременной передачи. Конструкции шкивов

Гладкие ремни для лучшего сцепления со шкивами должны иметь высокий коэффициент трения в паре с материалом шкива, обладать высокой прочностью в условиях знакопеременных напряжений и износостойкостью. Они изготовляются стальными, кожаными, хлопчатобумажными прорезиненными, из пластмасс на основе полиамидных смол, армированных кордом из картона, лавсана и д.р. По конструкции бывают плоскими,

клиновыми, поликлиновыми и круглыми.

Различают ремни сшивные и бесшовные. Бесшовные (бесконечно замкнутые) ремни являются наиболее совершенными и пригодны для работы при повышенных скоростях. Клиновой и поликлиновой ремни изготовляются только бесшовными. Плоские сшивные ремни соединяются сшивкой, склейкой(наиболее качественные) и металлическими соединениями.

Клиновой ремень для передачи общего назначения (рис.11.3) состоит из корд тканевого прорезиненного слоя 1, работающего на растяжение, резинового или резино-тканного слоя 2, работающего на сжатие, и обертки 3 в виде нескольких слоев прорезиненной ткани, намотанной диагональю. Длина ремня и размеры поперечного сечения определяются ГОСТом.

Рис. 11.3. Клиновой ремень

83

Зубчатые плоские ремни отличаются наличием выступов на внутренней поверхности. Они изготавливаются из резины или полиуретанового каучука, армированными стальным тросом или тросом из стекловолокна (рис.11.4).

Pp =P0

Рис. 11.4. Клиновой ремень

Основные размеры ремней определяются по их модулю m=Р0/и регламентированы ГОСТом.

Шкивы. Форма ободов шкивов, выполняемых из чугуна СЧ12-28, легких сплавов и пластмасс, зависит от профиля ремня (рис.11.5).

Рис. 11.5. Форма ободов шкивов для разных профилей: а) плоского; б) клинового; в) круглого

Профили канавок шкивов для клиновых ремней стандартизированы и выполняются по ГОСТ 20898-80.

Шкивы для передач зубчатыми ремнями выполняют с зубьями трапециидального сечения с углом 2 =500. Минимальное число зубьев 16-20.

84

11.3. Кинематика и геометрия ременных передач

Передаточное отношение. Окружные скорости на ведущих и ведомых звеньях равны соответственно:

d1 – диаметр малого шкива; d2 – диаметр большого шкива.

Если принять, что V1=V2, то передаточное отношение:

В ременных передачах вследствие того, что ведущая и ведомая ветви гибкого звена при работе имеют различное натяжение, наблюдается упругое скольжение гибкого звена на шкивах, что изменяет передаточное отношение:

Геометрические параметры. Для открытой передачи при заданном межосевом расстоянии ,а длина гибкого звена:

Угол обхвата для клиноременной передачи рекомендуется принимать не менее 800, для плоскоременной не менее 1200.

Если применяются бесконечные ремни, например сшивные, то по найденной длине L подбирают в стандарте ближайший ремень и затем уточняют межосевое расстояние а.

Межосевое расстояние для передач с фрикционным сцеплением следует принимать не менее (1,5…2)(d1+d2).

85

11.4. Расчет ременных передач по кривым скольжения

Расчет основан на кривых скольжения (рис.11.6), которые строят в координатах: коэф. тяги – относительное скольжение.

Коэффициент тяги:

где Ft – окружная сила на шкивах; F1 – сила натяжения ведущей ветви; F2 – сила натяжения ведомой ветви; F0 – сила натяжения ветвей;

Ft – напряжение в ремне от передаваемой нагрузки; 0 – напряжение в ремне при постоянном натяжении.

Рис. 11.6. Кривые скольжения и К.П.Д.

Выражение (11.6) характеризует уровень нагрузки передачи. Отсюда

где V1 и V2 – окружные скорости на ведущем и ведомом шкивах.

86

Кривые скольжения получают экспериментально: при постоянном натяжении F0 постепенно повышают полезную нагрузку Ft и измеряют скольжение.

До некоторого определенного критического значения коэффициента тяги к скольжение вызывается упругими деформациями ремня, которые пропорциональны коэффициенту тяги, т.е. нагрузке, и кривая скольжения имеет соответственно прямолинейный характер.

При дальнейшем росте нагрузки, возникает дополнительное проскальзывание и, суммарное скольжение возрастает быстрее чем нагрузка.

Затем кривая скольжения резко поднимается вверх и при некотором предельном значении коэф. тяги max наступает полное буксование.

КПД передачи как обычно с начала растет с ростом нагрузки вследствие уменьшения потерь холостого хода. Он достигает максимума в зоне критического значения коэффициента тяги, а потом начинает падать в связи с дополнительными потерями на буксование.

Кривые скольжения и КПД показывают, что оптимальная нагрузка ременных передач лежит в зоне критических значений коэф. тяги, где наиболее высокий КПД. При меньших нагрузках передача недоиспользуется.

Переход за критическое значение коэф. тяги допустимо только при пиковых нагрузках и весьма кратковременных перегрузках. Работа в этой области с повышенным износом ремня и потерей скорости.

11.5. Типы клиновых ремней и особенности конструкции шкивов клиноременной передачи

Клиновые ремни – это ремни трапециевидного сечения с боковыми работающими сторонами, работающие на шкивах с канавками соответствующего профиля. Глубина канавок шкивов должна быть такой, чтобы между внутренней поверхностью ремней и дном желобков шкива сохранялся зазор.

Ремни благодаря клиновому действию отличаются повышенными силами сцепления со шкивами и, следовательно, повышенной тяговой способностью. Трапециевидная форма сечения ремня из-за большой высоты неблагоприятна с точки зрения изгиба на шкивах и КПД.

Это компенсируется тем, что ремень изготовляется из материала с малым модулем упругости, кроме основного несущего слоя, который имеет небольшую толщину и располагается по нейтральному слою ремня.

Ремень должен быть гибким для возможности работы на шкивах малых диаметров и вместе с тем иметь достаточную поперечную жесткость во избежание глубокого заклинивания в канавках шкивов и радиального скольжения вследствие поперечного сжатия.

Клиновой ремень состоит из:

1. Корда, представляющий собой основной несущий слой, расположенный примерно по центру тяжести сечения ремня.

87

2.Резиновых слоев, расположенных над и под несущим слоем (кордом), условно называемых слоями растяжения и сжатия.

3.Обертки ремня в виде нескольких слоев прорезиненной ткани, намотанной диагонально.

Шкивы имеют: а) обод, непосредственно несущий ремень; б) ступицу, сажаемую на вал; в) диск или спицы, соединяющие обод со ступицей.

Диаметры шкивов определяют из расчета ременной передачи, а потом округляют.

Шкивы обычно изготовляют: а) чугунными литыми; б) стальными сварными; в) из легких сплавов литыми; г) неметаллическими и пластмассовыми.

При огибании трапецеидальным ремнем шкива наружные растягиваемые слои ремня сжимаются в поперечном направлении, а внутренние сжимаемые расширяются в поперечном направлении. Поэтому угол профиля ремня уменьшается; изменение угла тем больше, чем меньше отношение диаметра к высоте профиля ремня.

Для обеспечения правильного контакта ремня со шкивом углы канавок шкивов выбирают в зависимости от диаметра шкива.

Профили шкивов определяются профилями ремней и регламентированы ГОСТом.

11.6.Определение усилий натяжения в ветвях ремня ременной передач.

Эпюра напряжений в ремне

Натяжение гибкого звена. Для обеспечения нормальной работы передачи с фрикционным сцеплением необходимо, чтобы между гибким звеном и шкивом было достаточное давление, что обеспечивается натяжением гибкого звена. Разность натяжения ветвей ведущей и ведомой согласно формуле Эйлера равна суммарной силе трения, которая, в свою очередь, равна окружному усилию Р на шкиве:

Окружное усилие определяется по формуле:

где Т – передаваемый момент.

Коэффициент тяги. В покое натяжение ременной передачи будет

88

изменение сцепление гибкого звена со шкивом в зависимости от условий работы(материалов, угла обхвата, скорости ит.д.).

Для силовых передач, кроме указанных усилий, существенным

где m – масса единицы длины ремня; V – окружная скорость.

КПД ременной передачи находится в пределах 0,94…0,97, для передач с зубчатым ремнем – 0,92…0,98.

Расчет на прочность. Знакопеременный изгиб ремня является основной причиной вызывающей усталостное разрушение ремня. Изгибные напряжения зависят от отношения наименьшего диаметра d1 шкива к толщине ремня (допускаются отношения d1/ =25…45).

Рис. 11.7. Распределение напряжений в ремне ременной передачи

89

Важнейшим фактором, определяющим тяговую способность ремня, является его натяжение, так как оно определяет напряжение в ремне. Наибольшее напряжение в ремне возникает в ведущей ветви при набегании ее на меньший шкив (рис. 11.7):

где 0 – начальное напряжение в ремне;

К– напряжение от передаваемого окружного усилия;

ц– напряжение от центробежной силы;

и – изгибное напряжение; S – площадь сечения ремня;

S0 – начальное натяжение ремней; Р – окружное усилие;

Sц – натяжение от центробежных сил;

ремней 0=1,2…1,8 МПа. При известных значениях 0 и коэф. тяги может быть определено напряжение К от передаваемого окружного усилия Р с учетом (11.11):

11.7. Определение нагрузки на валы при работе ременной передачи

Силы, возникающие в ременной передаче, необходимо знать для расчета валов, опор и шкивов.

Принимают, что материал ремней следует закону Гука. Тогда после приложения полезной нагрузки сумма натяжений ветвей остается постоянной. Действие центробежной силы в упрощенных расчетах не учитывают, т.к. она уравновешивается в ремне и может вызывать лишь разгрузку валов.

Если ветви ремней параллельны (передаточное отношение близко или равно единице), сила F на валы равна двойному начальному натяжению

где 0 – начальное напряжение.

90