Вопрос 14

Ременные передачи: достоинства и недостатки, классификация,

материалы и конструкции приводных ремней

Ременная передача состоит из двух шкивов, закрепленных на валах, и ремня, охватыва­ющего шкивы. Нагрузка передается силами трения, возникающими между шки­вами и ремнем вследствие натяжения последнего.

Достоинства:

- простота изготовления и обслуживания;

- плавность работы - смягчение толчков, бесшумность;

- малая стоимость;

- возможность работы с высокими частотами вращения;

- возможность автоматического предохранения от перегрузки за счет проскаль­зывания ремня;

- возможность передачи движения на значительные расстояния.

Недостатки:

- значительные габариты;

- неизбежность некоторого упругого скольжения ремня;

- повышенные нагрузки на валы и опоры;

- низкая долговечность ремня.

Классификация

Ремни должны обладать достаточной прочностью, долговечностью, гибкостью, износостойкостью и определенной тяговой способностью, т.е. надежностью сцепления ремня со шкивами. По форме поперечного сечения применяются следу­ющие разновидности ремней:

а) плоские ремни. Ремень в виде узкого прямоугольника.

Применяют следующие материалы:

- кожаные ремни. Обладают хорошей тяговой способ­ностью и высокой долговечностью, хорошо переносят колебания нагрузки. Высокая стоимость кожаных рем­ней ограничивает их применение;

- прорезиненные ремни. Самыми распространенными являются прорезиненные ремни, состоящие из нескольких слоев хлопчатобумажной ткани, связанных между собой вулканизированной рези­ной. Их изготавливают трех типов: А, Б и В. Резиновые про­слойки повышают гибкость ремней и коэффициент трения между ремнем и шкивами. Ткань обеспечивает прочность и долговечность;

- хлопчатобумажные и шерстяные ремни. Применяются для передачи небольших мощностей;

б) Клиновые ремни. Имеют основное применение. Ремни бесконечной длины трапециевидного сечения. Входят в канавки шкива соответствующего профиля. Контакт по боковым стенкам.

Применяют ремни с различной структурой поперечного сечения. Слои шнурового корда являются основным несущим эле­ментом ремня. Они располагаются в зоне нейтраль­ного слоя для повышения гибкости. Тканевая обертка увеличивает прочность ремня и предохраняет от износа. Для передач общего назначения по ГОСТ 12841-80 изготавливают 7 типов клиновых ремней О, А, Б, В, Г, Д, Е, отличающихся размерами поперечного сечения;

в) круглые ремни. Изготавливаютют из кожи, капрона, хлопчатобумажных материа­лов. Применяют только для малых мощностей в приборах и машинах домашнего обихода;

г) поликлиновые ремни (ТУ 38-105763-84). Бесконечные плоские ремни с продольными клиновыми выступами на внутренней поверхности, входящими в кольцевые клиновые канавки в шкивах. Ремни сочетают достоинства плоских ремней - монолитность и гиб­кость, и клиновых - повышенную силу сцепления со шкива­ми.

Несущий слой ремней выполняют в виде кордшнура из химических волокон.

Усилия и напряжения в ветвях ремня. Критерии работоспособности ременных передач.

Усилия и напряжения в ветвях ремня.

Начальное натяжение ремня F_o выбирают по условию, при котором ремень мог бы передавать полезную нагрузку, сохраняя натяжение достаточно длительное время, не получая большой вытяжки, и имел бы удовлетворительную долговечность. До передачи вращения ветви испытывают одинаковое начальное натяжение F_o. Напряжение от предварительного натяжения равно_=1,8 МПа для плоских ремней и _=1,2 МПа - для клиновых.

Рассмотрим передачу полезной нагрузки F_t

Соотношение натяжений ведущего F₁ и ведомого F₂ ветвей при работе без учета центробежных сил определяют по известному уравнению Л. Эйлера, выведенному для нерастяжимой нити.

где е - основание натуральных логарифмов; γ- угол скольжения; приближенно равным 0,7 угла обхвата α.

Соответствующие напряжения растяжения в ведущей и ведомой ветвях:

и

Полезное напряжение

В то же время

=>

При изгибе ремня толщиной δ на шкиве диаметра D относительные удлинения наружных волокон равны δ/D.

Напряжение изгиба в предположенном постоянстве модуля упругости

При вращении шкивов под действием центробежных сил ремень испытывает дополнительные напряжения растяжения

σ_ц=ρ∙V²,

где V₁ м/с; ρ – кг/м³ – плотность

(для прорезиненных ρ=1100…1200 кг/м³; кожа ρ=1000÷1100 кг/м³)

Все силы проецируем на ось, перпендикулярную оси С'

Наибольшее суммарное напряжение в поперечном сечении ремня в месте его набегания на малый шкив (рисунок 53, на котором изображена эпюра суммарных напряжений в работающем ремне).

Основными критериями работоспособности ременных передач являются:

- тяговая способность ремня - это способность передавать определенную нагрузку без пробуксовывания ремня;

- долговечность ремня.

Расчет ременной передачи на тяговую способность.

Расчет основан на кривых скольжения, которые получают экспериментальным путем.

По оси ординат откладывают коэффициент скольжения и к.п.д. передачи, а по оси абсцисс графика - нагрузку, выраженную через коэффициент тяги:

Рисунок 54

При построении кривых постепенно повышают полезную нагрузку F_t при постоянном натяжении F₁ + F₂ = 2Fo, замеряя при этом скольжение и к.п.д. передачи.

При возрастании коэффициента тяги от 0 до критического значения φ₀ наблюдается только упругое скольжение. В зоне φ₀ - φ_max наблюдается как упругое скольжение ремня, так и частичное буксование. Рабочую нагрузку желательно выбирать ближе к φ₀ и слева от него. Для разных материалов ремней φ₀ в пределах 0,4 ... 0,6.

На основе кривых скольжения для плоскоременной передачи со следующими параметрами: α₁=α₂=180º; V=10м/с определено допускаемое полезное напряжение [_t]₀ и установлена экспериментальная зависимость для ее нахождения.

(полезное допускаемое напряжение для идеальной передачи, S- запас тяговой способности по буксованию S=l,2... 1,4)

Поскольку реальные передачи могут иметь другие параметры, то полезное допускаемое напряжение для реальной (конкретной) передачи определяют при помощи поправочных коэффициентов, учитывающих геометрию, кинематику и режим работы проектируемой передачи:

С_о - учитывает условия натяжения и расположения передачи

С_α - 1-0,003∙(180°-α⁰) - учитывает угол обхвата α

C_v - 1,04 - 0,0004∙V² - учитывает скорость ремня

С_р - коэффициент режима работы (1- при одной смене.; 2 смены=0,87; 3 смены=0,72)

Полезную силу F_t и мощность N, передаваемые ремнем можно определить, если известно сечение:

[F_t]=A∙[σ_t]; [N]=[F_t]∙V

Долговечность ремня при проектировании ременных передач учитывается следующим образом.

Наиболее опасными напряжениями являются напряжения изгиба.

- для плоских ремней

- для клиноременных передач

Долговечность ремня определяется косвенно через число пробегов ремня в секунду.

Число пробегов за единицу времени, т.е. сколько раз испытывает напряжение изгиба.

u≤[u] [u]=5 1/c – для плоских ремней

[u]=10 1/c – для клиновых

Нагрузка на вал от шкива ременной передачи