17

ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И

ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ

Лекция 7

ПЕРЕДАЧИ ГИБКОЙ СВЯЗЬЮ

А.М. СИНОТИН

7 Ременные передачи

Общие сведения

Ременная передача относится к передачам трением с гибкой связью. Состоит из ведущего и ведомого шкивов, огибаемых ремнем (рис. 1).

Рисунок 1 – Схема ременной передачи

Нагрузка передается силами трения, возникающими между шкивами и ремнем вследствие натяжения последнего. Параметрам ведущего шкива приписывают индекс 1, параметрам ведомого – 2.

В зависимости от формы поперечного сечения ремня передачи бывают: плоскоременные (рисунок 1, а), клиноременные (рисунок 1, б) и круглоременные (рисунок 1, в). Передача с круглым ремнем имеет ограниченное применение.

Ременная передача является одним из старейших типов механических передач, сохранившая свое значение до последнего времени. Она применяется во всех отраслях машиностроения.

По сравнению с другими типами передач ременная обладает рядом специфических особенностей, которые определяют целесообразность ее применения.

Для оценки ременной передачи целесообразно сравнивать ее с зубчатой передачей как наиболее распространенной.

Достоинства

• простота конструкции и малая стоимость;

• возможность размещения элементов механизма в различных плоскостях и на различных расстояниях друг от друга (до 15 м);

• плавность и бесшумность работы;

• смягчение вибрации и толчков вследствие упругой вытяжки ремня.

Недостатки

• большие габаритные размеры, в особенности при передаче значительных мощностей;

• наличие мертвого хода за счет упругой деформации ремня особенно заметного при больших коэффициентах замедления и значительных тяговых моментах;

• малая долговечность ремня, особенно в быстроходных передачах (в пределах от 1000 до 5000 ч);

• большие нагрузки на валы и подшипники от натяжения ремня (увеличение нагрузки на валы в 2 – 3 раза по сравнению с зубчатой передачей);

• непостоянное передаточное число из-за неизбежного упругого проскальзывания ремня;

- неприменимость во взрывоопасных местах вследствие электризации ремня;

• необходимость в постоянном надзоре во время работы из-за возможного соскальзывания или обрыва ремня.

Применение

В настоящее время ременные передачи применяются преимущественно в тех случаях, когда, по условиям конструкции, валы расположены на значительных расстояниях, а передаточное отношение может быть не строго постоянным.

Мощность, передаваемая ременной передачей, обычно до 50 кВт и в редких случаях достигает 1000 кВт. При больших мощностях ременная передача получается громоздкой и невыгодой. В комбинации с зубчатой передачей ременную применяют на быстроходных ступенях привода как менее нагруженную.

Наибольшее распространение имеют плоские и клиновые ремни. Круглые ремни применяются только для малых мощностей: в приборах, машинах домашнего обихода и т.п.

К.П.Д. ременных передач

Величина К.П.Д. 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.

При нормальных условиях работы принимают:

• для плоскоременной передачи  = 0,96;

• для клиноременной передачи  = 0,95.

Передаточное отношение

Окружные скорости шкивов передачи

(1)

где ₁, ₂ – угловые скорости ведущего и ведомого шкивов;

D₁, D₂ – диаметры шкивов;

Вследствие упругого скольжения . Разделив v₁ на v₂ с учетом упругого скольжения, получим передаточное число ременной передачи:

, (2)

где  - коэффициент скольжения.

Для плоскоременных передач рекомендуется , для клиноременных .

Передачи гибкой связью

Передачи гибкой связью состоят из ведущего и ведомого шкивов и гибкой связи. По характеру сцепления гибкой связи со шкивами их подразделяют на передачи трением (ременные передачи), передачи с креплением концов гибкой связи к шкивам (ленточные передачи) и передачи зубчатым ремнем.

Работа ременной передачи при использовании сил трения (рисунок 2) связана с упругим скольжением ремня по шкивам, причиной которого является изменение усилия по дуге обхвата от значения F₁ до F₂ на ведущем и от F₂ до F₁ на ведомом шкивах.

Рисунок 2 – Силовая схема передачи гибкой связью

Изменение усилия вызывает проскальзывания гибкой связи по шкивам, поскольку деформация ремня зависит от величины передаваемой им нагрузки. С учетом соотношения ремня по шкивам передаточное отношение определяют по (2). Для таких передач , для приборных передач ввиду малого передаточного момента передаточное отношение может доходить до .

В качестве гибкой связи используют плоский или клиновый ремень, шнуры из шелка, капрона, резины, пластмасс, стальные тросики, а также ленту.

Шкивы изготавливают из стали, легких сплавов и пластмасс. Наименьший размер шкива в кинематических передачах D_1min= 6 – 8 мм. Угол обхвата ведущего шкива ; для увеличения угла обхвата и силы натяжения гибкой связи применяют натяжные ролики.

Начальная сила натяжения гибкой связи

, (3)

где ₀ – напряжение предварительного натяжения, зависящее от типа гибкой связи;

S – площадь сечения гибкой связи.

Для силовых передач гибкой связью ремнем из синтетических волокон с полиамидным покрытием при толщине ремня мм напряжение предварительного натяжения МПа; для передач, используемых в приборных устройствах, ввиду меньшей упругости применяемых материалов и малой величины передаваемого усилия вызывают перераспределение начальной силы натяжения F₀ при (рисунок 2) до значений в ведущей ветви и в ведомой при . Для создания сил трения необходимо, чтобы . Из системы уравнений

(4)

получим

. (5)

Предельное соотношение между силами F₁ и F₂ определяется формулой Эйлера

, (6)

где f – коэффициент трения скольжения ремня;

 – угол обхвата.

Из (5) и (6) начальная сила натяжения

(7)

Угол обхвата гибкой связью меньшего шкива

. (8)

Для увеличения разности в несиловых передачах угол обхвата  увеличивают до 360º и более за счет многооборотного обхвата шкива.

При обегании ремнем шкивов в ролике возникает центробежная сила

, (9)

где  – плотность ремня; S - площадь сечения ремня.

Сила F_v, отбрасывая ремень от шкива, уменьшает полезное действие предварительного натяжения F₀, понижая нагрузочную способность передачи.

Пример.

Ведущий шкив ременной передачи имеет диаметр D₁ = 250 мм и работает с угловой скоростью ₁ = 100 рад/с. ремень – прорезиненный, площадь сечения его S = 400 мм² и плотность  = 1400 кг/м². Определить усилия в ветвях ремня при передаче мощности W₁ =10 кВт, если предварительное натяжение F₀ = 800 Н.

Решение.

1. Скорость ремня

м/с.

2. Окружное усилие

Н.

3. Центробежная сила

Н.

4. Натяжения в ведущей и ведомой ветвях ремня при работе:

Контрольные вопросы

1. Чему равно окружное усилие F_t на ободе ведомого шкива, если натяжение ведущей ветви 1800 Н, а ведомой 1000 Н?

2. Что такое упругое скольжение ремня и можно ли от него избавиться?

3. Объясните явление буксования ремня.

4. Чем ограничено увеличение передаточного числа ременной передачи?

5. По какой дуге прилегания ремня к шкиву изменяется напряжение в ремне от ₁ до ₂?

6. Почему при огибании шкивов равных диаметров напряжение в клиновом ремне значительно больше, чем в плоском?

7. Почему для клиновых ремней рекомендуется ₀ меньше, чем для плоских?

8. Какие потери имеются в ременных передачах и почему К.П.Д. клиноременных передач меньше, чем плоскоременных?

9. Что влияет на тяговую способность ремня?

10. В чем заключается усталостное разрушение ремней?

11. Для чего применяется натяжной ролик?

12. Чем определяется область применения чугунных шкивов?

13 По какой причине натяжной ролик нельзя применять в реверсивной передаче?