Классификация ременных передач.

Рис. 13.4.

1). В зависимости от формы поперечного сечения ремня бывают передачи:

- плоскоременные (рис. 13.4., а, б);

- клиноременные (рис. 13.4., в, г);

- поликлиноременные (рис. 13.4., д);

- круглоременные (рис. 13.4., е);

- зубчатоременные.

2). В зависимости от скорости ремня передачи могут быть:

- тихоходные (υ до 10 м/с);

- среднескоростные (υ до 30 м/с);

- быстроходные (υ до 50 м/с);

- сверхбыстроходные (υ до 100 м/с).

3). В зависимости от схемы передачи бывают:

Рис. 13.5.

- открытые (применяются при параллельном расположении валов и одинаковом направлении вращения шкивов (рис. 13.5., а));

- перекрестные (применяются при разном направлении вращения шкивов, в такой передачи ветви ремня перекрещиваются (рис. 13.5., б));

- полуперекрестные (применяются, когда оси валов перекрещиваются под некоторым углом (рис. 13.5., в));

- угловые (применяются, когда оси валов пересекаются под некоторым углом (рис. 13.5., г));

- регулируемые (применяются в тех случаях, когда требуется регулировка передаточного отношения (рис. 13.5., д));

- с натяжным роликом (применяются при малых межосевых расстояниях и больших передаточных отношениях; автоматически обеспечивается натяжение ремня (рис. 13.5., е)).

Детали ременных передач.

Приводные ремни.

Приводные ремни должны обладать достаточными прочностью, гибкостью, износостойкостью и высоким коэффициентом трения со шкивами. Основные типы приводных ремней — плоские, клиновые и поликлиновые.

Плоские ремни (рис. 13.4., а, б).

В машиностроении применяют следующие типы плоских ремней:

- кожаные ремни обладают хорошей тяговой способностью и высокой долговечностью, хорошо переносят колебания нагрузки. Однако, высокая стоимость значительно ограничивает их применение.

- прорезиненные ремни состоят из нескольких слоев хлопчатобумажной ткани, связанных между собой вулканизированной резиной. Ремни прочные, эластичные, малочувствительные к влаге и колебаниям температуры. Их в основном применяют при скорости ремня υ ≤ 30 м/с. Прорезиненные ремни следует оберегать от попадания масла, бензина и щелочей, которые разрушают резину.

- хлопчатобумажные ремни изготовляют как цельную ткань с несколькими слоями основы и утка, пропитанными специальным составом (битум, озокерит). Работают на шкивах сравнительно малых диаметров с большими скоростями. Тяговая способность и долговечность у этих ремней меньше, чем у прорезиненных.

- шерстяные ремни – ткань с многослойной шерстяной основой и хлопчатобумажным утком, пропитанная специальным составом (сурик на олифе). Работают при резких колебаниях нагрузки и при малых диаметрах шкивов. Такие ремни менее чувствительны к температуре, влажности и кислотам, однако их тяговые свойства ниже, чем у других типов ремней.

- пленочные ремни – ремни из пластмасс на основе полиамидных смол. Армированных кордом из капрона или лавсана. Эти ремни обладают высокими статической прочностью и сопротивлением усталости. Применяются для передач мощностью до 15 кВт при скорости ремня υ ≤ 50...100 м/с.

Клиновые ремни.

Клиновые ремни (рис. 13.4., в, г) имеют трапециевидное сечение с боковыми рабочими сторонами, соприкасающимися с канавками на шкивах и обладают повышенным сцеплением со шкивами.

Такие ремни при том же натяжении обеспечивают в раза большую силу трения по сравнению с плоскими. Это позволяет при одинаковой передаваемой мощности получить передачу с меньшим натяжением ремня и меньшими габаритами.

Рис. 13.6.

Клиновые ремни состоят (см. рис. 13.6.) из корда - 3, оберточного тканевого слоя - 1 и слоев резины (слой растяжения - 2 и сжатия - 4), свулканизованных в одно изделие. Корд является тяговым элементом ремня, он выполняется из нескольких рядов прорезиненной ткани. Клиновые нормальные ремни — это ремни общего назначения, их выпускают семи сечений: 0(Z) *, А (А), Б (В), В (С), Г(D), Д(Е) и Е, отличающихся размерами. Сечение ремня выбирают в зависимости от передаваемой мощности Р₁ и частоты вращения п₁ малого шкива. Сечение ремней 0(Z) применяют для передаваемых мощностей до 2 кВт, а сечение Е — свыше 200 кВт. Недостатком ремней является их большая высота, что приводит к значительной деформации сечения при изгибе и к неравномерному распределению нормальных давлений в зоне контакта ремня со шкивами, что снижает их КПД и долговечность.

Клиновые узкие ремни (ТУ 38-40534—75) являются развитием ремней нормальных сечений. Применяются при υ ≤ 40 м/с. Их выпускают четырех сечений: УО, УА, УБ, УВ. Меньшая ширина ремня способствует более равномерному распределению нагрузки по нитям высокопрочного корда. Поэтому тяговая способность и долговечность их выше, чем у нормальных ремней, и при ровной площади сечения они передают примерно в два раза большую мощность, что обусловило их наибольшее распространение в современных машинах.

В клиноременной передаче может быть один ремень или комплект ремней. Комплектом считают два (или более) ремня, предназначенных для одновременной работы в передаче. Рекомендуется максимальное число ремней z ≤ 8. При большом числе ремней трудно обеспечить равномерность их нагружения.

Поликлиновые ремни.

Поликлиновые ремни (рис. 13.4., д) - это бесконечные плоские ремни с продольными выступами-ребрами на внутренней поверхности. Применяются при υ ≤ 40 м/с. Их выпускают трех сечений: K(J); Л(L); М(М) длиной 400...4000мм и с числом ребер z = 2... 36 для сечения К и z = 4...20 для сечений Л и М. Сечение ремня выбирают в зависимости от передаваемой мощности Р₁, частоты вращения п₁ и диаметра d₁, малого шкива. Поликлиновые ремни сочетают достоинства плоских ремней (монолитность и гибкость) и клиновых (повышенная тяговая способность). Эти ремни тоньше клиновых, а ширина их примерно в 1,5 раза меньше, чем комплекта клиновых ремней ровной тяговой способности. Это объясняется более равномерным распределением нагрузки по рабочим поверхностям ремня, чего трудно добиться при большом числе параллельно работающих клиновых ремней. Они обеспечивают большее постоянство передаточного числа, обладают повышенной плавностью при большой скорости и малыми габаритами. Передачи поликлиновыми ремнями являются развитием клиновых передач.

Шкивы.

Форма рабочей поверхности обода шкива определяется видом ремня. Для плоских ремней шкивы имеют гладкую рабочую поверхность обода. Для центрирования ремня поверхность ведомого шкива делается выпуклой (рис. 13.7., а), а ведущего — цилиндрической.

Для клиновых ремней (рис. 13.7., б) конструкция шкива и размеры обода зависят от числа и размеров канавок для ремней. Число и сечение ремней определяют расчетом. При огибании шкива угол клина ремня по сравнению с исходным (φ₀ = 40°) уменьшается; изменение угла тем больше, чем меньше диаметр шкива. Для обеспечения правильного контакта ремня со шкивом угол канавки α выбирают в зависимости от диаметра шкива. По стандарту канавки выполняют с углом α =34...40°. Конструкция шкива для поликлиновых ремней показана на рис. 13.7., в, а для круглых ремней — на рис. 13.7., г.

Рис. 13.7.

Диаметры шкивов плоскоременных передач по ГОСТ 17383—73 (выборка) и клиноременных по ГОСТ 20898—75 (выборка) d (мм): 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140, 160, 180, 200, 224, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800...4000. Диаметры шкивов следует брать возможно большими (если позволяют габариты), это повышает долговечность, КПД и тяговую способность передачи.

Материалы и способ изготовления шкивов зависят от максимальной скорости ремня. При υ до 30 м/с применяют литые шкивы из чугуна; при υ до 60 м/с применяют стальные литые или сварные шкивы. В быстроходных передачах рекомендуется применять шкивы из алюминиевых сплавов. Шкивы из пластмасс применяют для уменьшения массы. Они экономичны при массовом производстве и не требуют механической обработки. Шкивы из текстолита допускают υ до 25 м/с.

Натяжные устройства.

Натяжные устройства в ременных передачах позволяют свободно надевать новые ремни на шкивы, создавать предварительное натяжение и периодически восстанавливать его или непрерывно поддерживать по мере вытягивания ремней в процессе эксплуатации (за счет создания силы трения между ремнем и шкивом). Наиболее простым и распространенным способом натяжения ремней является перемещение одного из шкивов.

Рис. 13.8.

Обычно этот способ используют для передачи движения от электродвигателя, который устанавливают в салазках плиты — устройство периодического действия (рис.13.8., а) или на качающейся плите — устройство постоянного действия (рис. 13.8., б), где натяжение создается силой тяжести качающейся части. На практике большинство передач работает с переменным режимом нагрузки, поэтому ремни с постоянным предварительным натяжением в период недогрузок оказываются излишне натянутыми, что ведет к резкому снижению долговечности. В этом случае целесообразно применять автоматическое натяжение ремня; при котором оно меняется в зависимости от нагрузки в результате действия реактивного момента, возникающего на статоре двигателя (рис. 13.8., в).

Геометрические зависимости.

Межосевое расстояние а ременной передачи определяет в основном конструкция привода машины. Рекомендуют:

для передач плоским ремнем

;

для передач клиновым и поликлиновым ремнем

,

где и - диаметры шкивов; - высота сечения ремня.

Рис. 13.9.

Расчетная длина ремня равна сумме длин прямолинейных участков и дуг обхвата шкивов:

.

По найденному значению из стандартного ряда выбирают ближайшую большую расчетную длину ремня . При соединении концов длину ремня увеличивают на 30…200 мм.

Межосевое расстояние при окончательно установленной длине ремня :

.

Угол обхвата ремнем малого шкива:

.

Из треугольника (см. рис. 13.9.)

.

Практически не превышает , поэтому приближенно принимают рад, тогда

рад или .

Следовательно,

.

Для передачи плоским ремнем рекомендуют , клиновым или поликлиновым .

Силы в передаче.

Рис. 13.10.

В ременных передачах полезная нагрузка передается силами трения (между ремнем и шкивом), создаваемыми предварительным натяжением ремня силой . В состоянии покоя и при холостом ходе каждая ветвь ремня натянута одинаково с силой (рис. 13.10., а). При рабочем ходе, т. е. при передаче вращающего момента , происходит перераспределение натяжений в ветвях ремня: натяжение в ведущей ветви увеличивается до , а в ведомой уменьшается до (рис. 13.10., б). Из условия равновесия шкива имеем:

,

или

,

где - окружная сила, передаваемая ремнем, кН.

При работе передачи без учета центробежных сил геометрическая длина ремня остается неизменной, так как дополнительное удлинение ведущей ветви компенсируется равным сокращением ведомой ветви. Поэтому сумма натяжений ветвей под нагрузкой и на холостом ходу остается постоянной:

.

Получим:

; .

При обегании ремнем шкивов на него действуют центробежная сила:

,

где А – площадь сечения ремня, мм ; - плотность материала, кг/м ; v - скорость ремня, м/с.

Эти уравнения устанавливают изменение натяжений F ₁ и F ₂ в зависимости от сил F_t и F ₀, но не вскрывают тяговой способности передачи, которая связана силой трения между ремнем и шкивом. Эта связь без учета центробежных сил установлена уравнением Эйлера:

где е — основание натурального логарифма; f - коэффициент трения (для резинотканевых ремней f ≈ 0,35); α_с - угол скольжения (для гарантий от пробуксовки принимают α_с ≈0,7 α 1). Формула показывает, что отношение F ₁ /F ₂, а, следовательно, и сила F_t зависят от угла скольжения и коэффициента трения (выгодно увеличивать оба параметра).

При обегании ремнем шкивов в ремне возникает дополнительная сила натяжения от действия центробежных сил:

,

где ρ - плотность материала ремня, кг/м ; А - площадь поперечного сечения ремня, м . Сила ослабляет полезное действие предварительного натяжения F ₀. Она отбрасывает ремень от шкива и тем самым понижает тяговую способность передачи. Однако влияние силы , на работоспособность передачи существенно сказывается только при м/с.

Таким образом, натяжение в ведущей и ведомой ветвях ремня при работе:

,

и для холостого хода .

Ветвь ремня, набегающую на ведущий шкив, называют ведущей, а ветвь ремня, сбегающую с него, - ведомой.

Нагрузка на валы и подшипники. Силы натяжения ветвей ремня нагружают валы и подшипники. Из треугольника Oab (см. рис. 13.11.) равнодействующая сила:

,

где - угол обхвата.

Рис. 13.11.

Направление силы принимают по линии центров шкивов передачи. Обычно в 2…3 раза больше окружной силы , что является серьезным недостатком ременных передач.