Механика

Тепловой расчет и охлаждение червячных передач. Червяч-

ные передачи работают с большим выделением теплоты. В результате температура масла в ванне агрегата (редуктора) может достигнуть предельного значения (75–95 °С) и передача потеряет работоспособность из-за заедания.

Для предотвращения чрезмерного нагрева масла проводят расчет червячного редуктора на нагрев.

Уравнение теплового баланса для червячной передачи, работающей в закрытом корпусе в непрерывном режиме без охлаждения, можно записать в виде

1000 1 (22.1)

где η – КПД передачи;

P1 – передаваемая мощность, кВт;

KT = 8–17,5 Вт/(м2∙°С) – коэффициент теплопередачи корпуса

(большие значения принимают при хорошей циркуляции воздуха);

t и t0 – соответственно температура масла и окружающего воздуха, °С;

А – площадь свободной поверхности охлаждения корпуса, включая 70 % площади поверхности ребер и бобышек, м2;

ψ – коэффициент, учитывающий теплоотвод в раму или плиту (ра-

вен 0,3 при прилегании основания корпуса по большой поверхности). Площадь свободной поверхности можно найти из приближенно-

го соотношения

A 20a1,7w ,

где aw – межосевое расстояние передачи, мм.

Произведение в левой части равенства (22.1) равно количеству теплоты, выделяемой передачей. Правая часть этого равенства показывает количество теплоты, отводимой через поверхность корпуса.

Если охлаждение вентилятором недостаточно эффективно, то следует применить водяное охлаждение или увеличить размеры редуктора.

212

ГЛАВА 23. РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ

23.1. Общие сведения. Ремни. Шкивы

Ременная передача обычно состоит из двух шкивов 1 и 2, со-

единенных между собой ремнем 3, и натяжного устройства 4,

создающего контактные давления между ремнем и шкивами и обеспечивающего за счет сил трения передачу энергии. Чаще всего начальное натяжение создается при монтаже передачи (без натяжного устройства) (рис. 23.1, а).

а

Рис. 23.1. Ременные передачи

Обычно с помощью ремня передают движение между параллельными валами, вращающимися в одну сторону.

По форме сечения ремней различают плоско-, кругло- и клиноременные передачи (рис. 23.1, б, в, г).

Основные достоинства передач: простота конструкции, сравни-

тельно малая стоимость, способность передавать вращательное движение на большие расстояния и работать с высокими скоростями, плавность работы и малый шум, малая чувствительность к толчкам, ударам и перегрузкам, отсутствие смазочной системы.

Основные недостатки: невысокая долговечность ремня, большие радиальные габариты, значительные нагрузки на валы и опоры, непостоянство передаточного отношения.

Передача используется как понижающая частоту вращения. Передаваемая мощность – до 50 кВт, окружная скорость – до 50 м/с,

213

максимальное передаточное отношение 6 для передач без натяжного ролика и 10 для передач с натяжным роликом; допускаемая кратковременная перегрузка до 300 %.

Ременную передачу применяют обычно в качестве быстроходной ступени привода, устанавливая ведущий шкив на вал двигателя. В этом случае ее габариты и масса оказываются сравнительно небольшими.

Конструкции ремней и шкивов. Ремни должны обладать до-

статочно высокой прочностью при действии переменных нагрузок, иметь большой коэффициент трения в контакте со шкивом и высокую износостойкость.

Плоские ремни имеют прямоугольное сечение (см. рис. 23.1, б, 23.2) и малую толщину. Их получают путем соединения (склеиванием, сшиванием) концов полос ткани (прорезиненной, хлопчатобумажной, шерстяной, капроновой и др.), кожи и синтетических материалов.

Рис. 23.2. Конструкция плоского ремня

Ремни тканые толщиной 0,5 и 0,7 мм изготовляют из мешковых капроновых тканей просвечивающего переплетения. Их пропитывают раствором полиамида С-6 и покрывают пленкой на основе этого же полиамида, совмещенного с нитрильным каучуком. Растягивающую нагрузку в таких ремнях передают уточные нити ткани. Модуль упругости ремней Е = 1200–1370 МПа, напряжение началь-

ного натяжения ветвей σ0 = 5–10 МПа.

Ремни кордошнуровые прорезиненные выполняют с анидным кордшнуром диаметром 1,1 мм, который располагают в слое резины по винтовой линии. Для обеспечения прочности конструкции на наружной и внутренней поверхностях ремня имеется ткань ОТ-40. Ремни применяют при окружной скорости до 35 м/с.

214

В промышленности применяют синтетические ремни фирмы «Хаба-сит» (Швейцария) толщиной 0,7–2,8 мм со склеенным стыком. По сравнению с ткаными эти ремни имеют большую (в три раза) прочность и допускают скорость до 100 м/с.

Плоские ремни из синтетических материалов получают преимущественное распространение в высокоскоростных приводах благодаря высокой прочности и большой долговечности (напряжения изгиба в тонких ремнях невелики), хорошему сцеплению ремня со шкивом (коэффициент трения f = 0,5–0,6) и высокой тяговой способности, а также высокой точности вращения.

Круглые ремни (кожаные, капроновые и др.) применяют в машинах малой мощности (швейных и бытовых машинах, настольных станках и др.) (рис. 23.1, в).

Клиновые ремни в настоящее время используются наиболее широко. Они обеспечивают передачам большую тяговую способность и меньшие габариты по сравнении с плоскоременными передачами, могут передавать вращение на несколько валов одновременно, допускают передаточное отношение i = 6–8 без натяжного ролика. Однако они менее быстроходны (скорость до 30 м/с), имеют более низкий КПД (на 1–2 %) и могут применяться лишь как открытые.

Рис. 23.3. Конструкции клиновых ремней

Клиновые ремни изготовляют бесконечными, слойной конструкции (рис. 23.3, а, б), имеющей несущий кордовый слой 1 (работает на растяжение), резиновый или резинотканевый слой 3 и обертку из прорезиненной ткани 2. Несущий слой на основе материалов из химических волокон (капрона, лавсана, вискозы, анида располагают в

215

продольном направлении ремня на нейтральной поверхности для разгрузки его от напряжений изгиба.

Модуль упругости прочных химических волокон и несущего слоя существенно выше модуля упругости резины, поэтому этот слой воспринимает основную часть нагрузки.

Резиновые слои (подушки), расположенные над несущим слоем (в зоне растяжения) и под ним (в зоне сжатия), обеспечивают ремню требуемую форму и демпфирующие свойства. Обертка из прорезиненной ткани придает ремню каркасность, предохраняет внутренние элементы от внешних воздействий и повышает износостойкость.

Клиновые ремни выполняют с углом клина φ = 40° и отношением большего основания трапециевидного сечения к высоте b / h

(нормальные ремни) и b / h 1, 2 (узкие ремни). Размеры поперечно-

го сечения (обозначаются О, А, Б, В, Г, Д, Е по мере увеличения площади) и длина нормальных ремней определены ГОСТ 1284–80.

Получили распространение поликлиновые ремни (рис. 23.4) с высокопрочным полиэфирным кордом в плоской части, также работающие на шкиве с клиновыми канавками. Рекомендуемое число ребер – от 2 до 20, допускаемое – 50. При одинаковой мощности ширина такого ремня в 1,5–2 раза меньше ширины комплекта обычных клиновых ремней. Благодаря высокой гибкости допускается применение шкивов меньшего диаметра, чем в клиноременной передаче, большая быстроходность (до 40–50 м/с) и большие передаточные отношения (до 15).

Рис. 23.4. Поликлиновый ремень

216

Шкивы. Их конструктивные формы определяются преимущественно их размерами (обычно наружным диаметром), типом передачи, видом производства (единичное, серийное, массовое), возможностями предприятия-изготовителя.

Шкивы большого диаметра для облегчения выполняют с углублениями и отверстиями, а также с четырьмя–шестью спицами (рис. 23.5). Такие шкивы условно состоят из трех частей: обода (1) – части шкива, несущей ремень; ступицы (2) – части шкива, с помощью которой его соединяют с валом; спиц (3) (или диска), связывающих обод со ступицей.

Рис. 23.5. Конструкция шкивов

Шкивы изготовляют из чугуна марок СЧ 10 и СЧ 15, легких сплавов и пластмасс при работе передачи с небольшими скоростями и из сталей (25Л, 15 и др.) при окружных скоростях свыше 30 м/с.

Особенности монтажа и эксплуатации передач. Начальное натяжение оказывает существенное влияние на работоспособность передач, поэтому его необходимо контролировать. Обычно контроль начального натяжения осуществляют путем прикладывания небольшой поперечной нагрузки (например, груза с силой тяжести Fg = 10–50 Н) посередине ветви и измерения стрелы f провисания ремня под грузом. В этом случае сила начального натяжения

F0 0,5Fgl* / f ( l* – половина свободной длины ветви).

217

23.2. Скольжение ремня

Кинематические и геометрические параметры передачи.

Движение ремня по шкиву сопровождается упругим скольжением. Причину этого явления можно понять из рассмотрения деформа-

ции упругого ремня на заторможенном шкиве. Предположим, что к обоим концам ремня подвешены одинаковые грузы, создающие в ремне силы F1 (рис. 23.6, а). В результате между шкивом и ремнем возникнут некоторые контактные давления, а спадающие ветви ремня получат относительные удлинения

ε1 EF1A ,

где Е ∙ A – жесткость сечения ремня при растяжении.

Рис. 23.6. Схемы деформаций ремня на шкиве

Если теперь на одном конце, например, правом, несколько уменьшить груз и тем самым силу в ветви до значения F2 (рис. 23.6, б), то относительное удлинение правого конца умень-

конца останется прежним. Относительное сокращение длины

218

( ε1 ε2 ) элемента правой спадающей ветви распространится вдоль

ремня по дуге обхвата от точки С к точке А, вызывая скольжение ремня по шкиву справа налево. Так как ремень прижат к шкиву, то скольжение вызовет силы трения qf, направленные навстречу относительному скольжению. Скольжение ремня и изменение деформаций прекратятся в некоторой точке В дуги обхвата. Ее положение можно определить из равенства разности сил F1 и F2 суммарной силе трения. На дуге ВА ремень будет находиться в покое. Сумма длин дуг АВ и ВС равна длине дуги обхвата шкива ремнем (АС), определяемой углом обхвата α. Угол αc , соответствующий дуге ВС, называют углом скольжения. По мере уменьшения силы F2 (или увеличения силы F1) дуга упругого скольжения растет за счет уменьшения дуги покоя. Так как скольжение ремня связано с его упругими свойствами, то его называют упругим.

Полезная нагрузка (окружная сила) Ft передачи, развиваемая в основном за счет сил трения на дуге скольжения:

шкива;

T1 – вращающий момент;

d1 – диаметр ведущего шкива.

Положение точки В на шкиве также зависит от нагрузки и условий трения.

Кинематика передачи. При вращении ведущего шкива с угло-

вой скоростью ω1 его окружная скорость (здесь

– скорость ведущей ветви ремня). В результате упругого скольжения ремень сбегает с ведущего шкива в точке С со скоростью

219

где ω2 и d2 – угловая скорость и диаметр ведомого шкива. Передаточное отношение

В расчетах на основании экспериментов принимают ε = 0,01 – для плоскоременных передач; ε = 0,015–0,020 – для клиноременных передач.

Основные геометрические параметры. Минимальное межосе-

вое расстояние в плоскоременных передачах

amin

В клиноременных передачах (на основании практики)

amin

а максимальное межосевое расстояние

amax

Требуемая длина ремня для передачи при заданном (или желательном) межосевом расстоянии a и угле обхвата α определяется как сумма прямолинейных участков и дуг обхвата:

π d

l

2 4a

Угол обхвата меньшего шкива

220