23.3. Усилия и напряжения в ремнях. Тяговая способность и кпд передачи

Начальное натяжение ремня – необходимое условие работы ре­менной передачи. Сила F_нач (начального натяжения ремня) вызывает в его ветвях силы , где γ – угол наклона ветви ремня к линии центров передачи. При действии вращающего момента T₁ силы в ветвях будут равны F₁ и F₂.

Рис. 23.7

Напряжения в сечениях ведущей и ведомой ветвей ремня от начального натяжения

(23.9)

и при действии внешней нагрузки

(23.10)

где А – площадь поперечного сечения ремня.

Н аибольшие напряжения испытывают наружные волокна в зоне контакта ремня с малым шкивом. Здесь к основным растягивающим напряжениям от полезной на­грузки добавляются дополнительные напряжения растяжения и соответственно от центробежных сил и изгиба ремня (как стержня) вокруг шкива, следовательно,

(23.11)

Фактическую тяговую способность передачи характеризует окружная сила F_t или вращающий момент T₁, который может развить ведущий шкив.

(23.12)

где – коэффициент тяги.

Из равенства (23.12) видно, что тяговая способность передачи возрастает при увеличении силы F_о начального натяжения ветвей ремня и коэффициента тяги . С увеличением силы F_о возрастает сила натяжения F₁ ведущей ветви под нагрузкой и существенно сни­жается долговечность ремня.

Для получения высокой тяговой способности передач с плоским ремнем рекомендуется обеспечивать α≥150⁰.

Благодаря хорошему сцеплению ремня со шкивом клиноременные передачи хорошо работают при углах обхвата α≥120⁰.

Коэффициент тяги

(23.13)

Экспериментально установлено, что коэффициенты тяги и упругого скольжения ремня ε взаимосвязаны (кривая скольжения, рис. 23.9).

Рис.23.9. Кривая скольжения и зависимость КПД от коэффициента тяги в клиноременной передаче

КПД передач. При работе плоскоременной передачи часть энер­гии расходуется на упругий гистерезис при циклическом деформиро­вании ремня (растяжение, сдвиг, изгиб), на скольжение ремня по шкивам, аэродинамическое сопротивление движению ремня и шкивов, а также трение в подшипниках валов передачи.

В клиноременной передаче к этим потерям добавляются потери на трение при радиальном перемещении ремня в процессе входа его в канавку и выхода из нее.

КПД ременной передачи

(23.14)

зависит от коэффициента тяги (см. соотношение (23.12)) и соответствующего ему коэффициента относительного скольжения ремня ε (см. рис. 23.9). Наибольший КПД соответствует некоторому значению на линейном участке кривой скольжения. Когда , КПД снижается из-за нарастания потерь на трение.

При оптимальной нагрузке = 0.97-0.98 – для плоскоременной передачи и 0.92-0.97 – для клиноременной передачи.

Главные критерии работоспособности передачи

Опыт эксплуатации ременных передач показал, что их работо­способность ограничена тяговой способностью и долговечностью ремня.

Расчет ременных передач на тяговую способность основан на показателях тяговой способности и долговечности.

Для расчета используют условие работоспособности передачи в форме

(23.15)

где – удельная окружная сила, называемая полезным напряжени­ем; – допускаемое полезное напряжение; A – площадь попе­речного сечения ремня (комплекта ремней).

Удельная окружная сила – параметр, характеризующий тяго­вую способность передачи.

Расчет тяговой способности передач с нормальными и узкими клиновыми ремнями сводится к определению требуемого числа ремней по соотношению, вытекающему из условия (23.15):

(23.16)

где A₁ – площадь сечения одного ремня; C_Z – коэффициент, учиты­вающий неравномерность распределения нагрузки между ремнями в комплекте (технологическое ограничение), C_Z = 0.85 – 1.

Расчет тяговой способности плоскоременной передачи сводится к определению ширины ремня:

(23.17)

где h – толщина ремня; С_р – коэффициент динамичности, учитыва­ющий режим работы передачи.