Клиноременная передача

Клиновые ремни (рис. 60, б) имеют трапециевидное сечение с боковыми рабочими сторонами, соприкасающимися с канавками на шкивах. Благодаря клиновому действию ремни этого типа обладают повышенным сцеплением со шкивами.

По сравнению с плоскоременными клиноременные передачи обладают большей тяговой способностью, имеют меньшее межосевое расстояние, допускают меньший угол обхвата малого шкива и большие передаточные числа (и  10). Однако стандартные клиновые ремни не допускают скорость более 30 м/с из-за возможности крутильных колебаний ведомой системы, связанных с неизбежным различием ширины ремня по его длине и, как следствие, непостоянством передаточного отношения за один пробег ремня. У клиновых ремней большие потери на трение и напряжения изгиба, а конструкция шкивов сложнее.

Клиноременные передачи широко используют в индивидуальных приводах мощностью до 400 кВт. КПД клиноременных передач η = 0,87 ... 0,97.

Клиновые приводные ремни выполняют бесконечными резинотканевой конструкции трапецеидального сечения с углом клина φ₀ = 40°. В зависимости от отношения ширины b₀ большего основания трапеции к ее высоте h клиновые ремни бывают нормальных сечений (b₀/h ≈ 1,6 см. рис. 63); узкие (b₀/h ≈ 1,2); широкие (b₀/h ≈ 2,5 и более; применяют для клиноременных вариаторов).

В настоящее время стандартизованы клиновые ремни нормальных сечений, предназначенные для приводов станков, промышленных установок и стационарных сельскохозяйственных машин. Основные размеры и методы контроля таких ремней регламентированы ГОСТ 1284.1—89; обозначения сечений показаны на рис. 63.

Рис.63. Сечения клиновых ремней по ГОСТ 1284.1-89.

Ремни сечения ЕО применяют только для действующих машин и установок. Стандартные ремни изготовляют двух видов: для умеренного и тропического климата, работающих при температуре воздуха от минус 30 до плюс 60 °С, и для холодного и очень холодного климата, работающих при температуре от минус 60 до плюс 40 °С. Ремни сечений А, В и С для увеличения гибкости могут изготовляться с зубьями (пазами) на внутренней поверхности, полученными нарезкой или формованием (рис. 64, в). Клиновые ремни (рис. 64, а, б) состоят из резинового или резинотканевого слоя растяжения 1, несущего слоя 2 на основе материалов из химических волокон (кордткань или кордшнур), резинового слоя сжатия 3 и оберточного слоя прорезиненной ткани 4. Сечение ремня кордтканевой (а), кордшнуровой (б) конструкции показаны на рис. 64.

Б олее гибки и долговечны кордшнуровые ремни, применяемые в быстроходных передачах. Допускаемая скорость для ремней нормальных сечений v  30 м/с.

Технические условия на ремни приводные клиновые нормальных сечений регламентированы ГОСТ 1284.2-89, а передаваемые мощности — ГОСТ 1284.3-89.

Рис. 64. Сечение клинового ремня: а ) кордтканевая; б) кордшнуровая.

Кроме вышеуказанных приводных клиновых ремней стандартизованы: ремни вентиляторные клиновые (для двигателей автомобилей, тракторов и комбайнов) и ремни приводные клиновые (для сельскохозяйственных машин).

При необходимости работы ремня с изгибом в двух направлениях применяют шестигранные (сдвоенные клиновые) ремни.

Весьма перспективны узкие клиновые ремни, которые передают в 1,5—2 раза большие мощности, чем ремни нормальных сечений. Узкие ремни допускают меньшие диаметры малого шкива и работают при скоростях до 50 м/с; передачи получаются более компактными. Четыре сечения этих ремней УО (SPZ), УА (SPA), УБ (SPB), УВ (SPC) заменяют семь нормальных сечений.

Узкие ремни обладают повышенной тяговой способностью за счет лучшего распределения нагрузки по ширине несущего слоя, состоящего из высокопрочного синтетического корда. Применение узких ремней значительно снижает материалоемкость ременных передач. Узкие ремни пока не стандартизованы и изготовляются в соответствии с ТУ 38 605 205-95.

Следует отметить, что в клиноременных передачах с несколькими ремнями из-за разной длины и неодинаковых упругих свойств нагрузка между ремнями распределяется неравномерно. Поэтому в передаче не рекомендуется использовать более 8...12 ремней.

По сравнению с плоскоременными клиноременные передачи обладают значительно большей тяговой способностью за счет повышенного сцепления, обусловленного приведенным коэффициентом трения f ^/ между ремнем и шкивом.

Как известно из рассматриваемой в теоретической механике теории трения клинчатого ползуна,

f ^/ = f / (sin (α/2)),

где f — коэффициент трения на плоскости (для прорезиненной ткани по чугуну f = 0,3); α — угол профиля канавки шкива.

Приняв α = φ₀ = 40°, получим

f ^/ = f / (sin 20°) ≈ 3 f.

Таким образом, при прочих равных условиях клиновые ремни способны передавать в три раза большую окружную силу, чем плоские.

Многопрофильные ремни. Состоят из двух-четырех клиновых, соединенных между собой тканевым слоем, и применяются вместо комплектов клиновых ремней.

Расчет передачи с клиновыми ремнями проводят из условий обеспечения тяговой способности и долговечности ремней; он основан на тех же предпосылках, что и расчет плоскоременных передач.

Расчет ремней выполняют с помощью таблиц, содержащих номинальные мощности, передаваемые одним ремнем в зависимости от сечения ремня, расчетного диаметра малого шкива, его частоты вращения и передаточного числа (расчетный диаметр шкива клиноременной передачи соответствует положению нейтрального слоя ремня, установленного в канавке шкива).

Проектный расчет клиноременной передачи начинают с выбора сечения ремня по заданной передаваемой мощности и частоте вращения малого шкива с помощью графиков их зависимостей. При мощностях до 2 кВт применяют сечение Z, а сечение ЕО — при мощностях свыше 200 кВт.

Далее определяется расчетный диаметр малого шкива. Минимально допустимые значения расчетных диаметров d_min малого шкива следующие:

Сечение ремня..... Z А В С D E УО УА УБ УВ

d_min, мм…….......... 63 90 125 200 355 500 63 90 140 224

Следует помнить, что вышеприведенные значения расчетных диаметров малого шкива обеспечивают минимальные габариты передачи, но с увеличением этого диаметра возрастают тяговая способность и КПД передачи, а также долговечность ремней. При отсутствии жестких требований к габаритам передачи расчетный диаметр d₁ малого шкива следует принимать больше минимально допустимого значения. Диаметр d₂ большого шкива определяют по формуле d₂ = u d₁,

где u — передаточное число передачи; полученное значение округляют до ближайшего стандартного размера.

Расчетные диаметры шкивов клиноременных передач выбирают из стандартного ряда (мм): 63; 71; 80; 90; 100; 112; 125; 140; 160; 180; 200; 1224; 250; 280; 315; 355; 400; 450; 500 и т. д.

Далее определяют окружную скорость v ремня по формуле

v = π d₁ n₁ /60,

где d₁, n₁ — расчетный диаметр и частота вращения малого шкива.

Межосевое расстояние а предварительно определяют по условию

0,55(d₁ + d₂)+h < a < 2(d_l + d₂),

где h — высота сечения ремня. Следует помнить, что с увеличением межосевого расстояния долговечность ремней увеличивается.

Расчетная длина ремня L_p вычисляется по формуле L_p = 2а + π (D₁ + D₂)/ 2 + (D₂ – D₁)² / (4a),

где D₁, D₂ – диаметры ведущего и ведомого шкивов; a – межосевое расстояние.

И округляется до ближайшей стандартной длины из ряда (для сечения В) (мм): 800; 900; 1000; 1120; 1250; 1400; 1600; 1800; 2000; 2120; 2240 и т. д. до 6300.

Затем определяют окончательное межосевое расстояние а в зависимости от принятой стандартной расчетной длины ремня а = 0,25 [(L—w)+ ].

где w = π (D₁ + D₂)/ 2; у = (D₂ – D₁)² / 4.

Мощность Р_р, передаваемая одним ремнем, рассчитывается по формуле P_p=P₀C_αC_L / C_p,

где P₀ — номинальная мощность, передаваемая одним ремнем (находится по ГОСТ); C_α — коэффициент угла обхвата:

α₁°............... 180 160 140 120 90

C_α................ 1,0 0,95 0,89 0,82 0,68

C_L — коэффициент длины ремня, зависящий от отношения принятой длины L ремня к исходной длине L_p, указанной в стандарте:

L / L_p........ 0,3 0,5 0,8 1,0 1,6 2,4

C_L.............. 0,79 0,86 0,95 1,0 1,1 1,2

C_p — коэффициент динамичности и режима работы; ориентировочно принимается как для плоскоременных передач, (подробная таблица значений C_p приведена в стандарте).

Дальнейший расчет клиноременной передачи сводится к определению числа ремней z по формуле

z = P / (С_Z:P_f),

где Р — передаваемая мощность на ведущем валу; С_Z — коэффициент, учитывающий число ремней в комплекте, вводится при z ≥ 2:

z....................... 2-3 4-6 >6

С_Z,................... 0,95 0,90 0,85

Во избежание значительной неравномерности распределения нагрузки между ремнями не рекомендуется в одной передаче использовать более 8 ремней нормального сечения и 12 узких ремней; число ремней мелких сечений не следует брать больше 6.

Нагрузка на вал клиноременной передачи R = 2F₀ z sin(α₁/2),

где F₀ — натяжение ветви одного ремня; α₁ — угол обхвата малого шкива.

Величину F₀натяжения ветви одного ремня вычисляют по формуле F₀ = + Θv²,

где v – окружная скорость ремня; Θ – коэффициент, учитывающий влияние центробежных сил:

Сечение ремня.... Z А В С D Е ЕО

Θ, ............. 0,06 ОД 0,18 0,3 0,6 0,9 1,5

Расчет долговечности клиновых ремней нормальных сечений установлен ГОСТ 1284.2—89. Средний ресурс L_hcp ремней в эксплуатации для среднего режима работы устанавливается 2000 ч. При легких, тяжелых и очень тяжелых режимах работы расчетный ресурс вычисляют по формуле

L_hp = L_hcp K₁ K₂.

где K₁ — коэффициент режима работы, равный: для легкого режима — 2,5; для тяжелого режима — 0,5; для очень тяжелого режима — 0,25; К₂ — коэффициент, учитывающий климатические условия эксплуатации, равный: для районов с холодным и очень холодным климатом — 0,75; для остальных районов — 1,0.

Режим работы для конкретных машин устанавливают по ГОСТу. Так, например, для станков с непрерывным процессом резания (токарные, сверлильные, шлифовальные) режим работы полагается легким; для фрезерных, зубофрезерных станков режим работы полагается средним; строгальные, долбежные, зубодолбежные и деревообрабатывающие станки работают в тяжелом режиме; очень тяжелый режим работы полагается для подъемников, экскаваторов, молотов, дробилок, лесопильных рам и др.