Тяговая способность и КПД ременных передач

Основными критериями работоспособности ременных передач являются: тяговая способность (надежность сцепления ремня со шкивом) и долго­вечность ремня (его свойство сопротивляться усталостному разрушению).

Расчет по тяговой способности является основным расчетом ремен­ных передач, обеспечивающим требуемую прочность ремней и переда­чу ими требуемой нагрузки.

Расчет на долговечность выполняют как проверочный.

Тяговая способность ременной передачи обусловлена сцеплением ремня со шкивами. Экспериментально исследуя тяговую способность, строят графики — кривые скольжения и КПД (рис. 22.8); на их базе разработан метод расчета ременных передач.

 

 

При постоянной силе F₀ предварительного натяжения кривые сколь­жения устанавливают связь между окружной силой F_t (тягой) и отно­сительным скольжением ξ. По оси абсцисс графика откладывают отно­сительную нагрузку, выраженную через коэффициент тяги φ:

по оси ординат — коэффициент скольжения ξ, и КПД η передачи. При испытании постепенно увеличивают полезную нагрузку F_t (коэффици­ент тяги φ), сохраняя постоянным предварительное натяжение F₁ + F₂ = 2F₀ , замеряют окружные скорости шкивов и вычисляют коэф­фициенты скольжения; далее определяют КПД передачи.

При возрастании коэффициента тяги от нуля до критического значения φ_kнаблюдается только упругое скольжение ремня по шкиву.

В этой зоне упругие деформации ремня приближенно подчиняются закону Гука, поэтому кривая скольжения близка к прямой.

Этот участок кривой характеризует устойчивую работу ремня. При дальнейшем увеличении коэффициента тяги от φ_k до φ_mах наблю­дают как упругое скольжение, так и частичное пробуксовывание, которое по мере увеличения φ растет. Работа передачи становится неустойчивой. При φ_mах окружная сила F_τ достигает значения макси­мальной силы трения, дуга покоя полностью исчезает, а дуга скольже­ния a_c1 (рис. 22.5) распространяется на весь угол обхвата а₁ — насту­пает полное буксование ремня на ведущем шкиве, ведомый шкив останавливается.

Согласно кривой скольжения передаваемую силу F_τ следует прини­мать вблизи значения φ_k, которому соответствует η_max. Работу передачи при φ > φ_k следует допускать только при кратковременных перегрузках, например в период пуска. Значения φ_k установлены экспериментально для каждого типа ремня.

Таким образом, кривая скольжения отражает явления, происходящие в ременной передаче, и совместно с кривой КПД характеризует ее работу в данных условиях.

Критерием рациональной работы ремня служит коэффициент тяги φ_k, значение которого определяет допускаемую окружную силу [F]_{t K}. Из фор­мулы (22.18)

[F]_{t K} =2 φ_k F₀. (22.19)

Для плоских ремней φ_k =0,4...0,5; для клиновых и поликлиновых φ_k = 0.7...0,8.

КПД ременных передач зависит от степени загруженности переда­чи, от потерь на скольжение ремня по шкивам, на сопротивление воздуха движению ремня и шкивов, на трение в подшипниках. Наи­большая же доля потерь приходится на внутреннее трение в ремне при изгибе, особенно для клиноременных передач. Эти потери не зависят от нагрузки. Поэтому КПД передач при малых нагрузках невысок (ве­лики относительные потери). Он достигает максимума ц_тзх в зоне кри­тического значения φ_k (см. рис. 22.8). При нормальных условиях работы принимают: для передачи плоским ремнем ц = 0,95...0,97; для передачи клиновым и поликлиновым ремнями т) = 0,92...0,96.

Долговечность ремня

Долговечность ремня определяет его способность сопротивляться ус­талостному разрушению. Долговечность зависит не только от значений напряжений (см. рис. 22.6), но и от характера их изменения за один цикл, а также от числа таких циклов. Поскольку напряжения изгиба превышают все другие составляющие суммарного напряжения в рем­не, то долговечность его значительно зависит от числа изгибов ремня на шкивах. При этом следует иметь в виду, что за один пробег ремня в нем дважды возникают максимальные напряжения изгиба.

Под влиянием циклического деформирования в ремне возникают усталостные разрушения — трещины, надрывы, расслаивание ремня. Снижению сопротивления усталости способствует нагрев ремня от внутреннего трения и скольжения его по шкивам.

Полный цикл напряжений соответствует одному пробегу ремня по шкивам, при котором уровень напряжений в поперечном сечении ремня меняется в соответствии с прохождением им каждого из четырех ха­рактерных участков (два шкива, ведущая и ведомая ветви, см. рис. 22.6).

Число пробегов ремня (число циклов нагружения) за весь срок работы передачи пропорционально частоте пробегов:

U=v/L_v<[U] (22.20)

где V —скорость ремня, м/с; L_p — расчетная длина ремня, м; [U] —до­пускаемая частота пробегов, с'.

Частота пробегов является показателем долговечности ремня: чем больше U, тем больше число циклов при том же времени работы, или тем меньше долговечность при том же уровне напряжений.

Для достижения средней долговечности в 2000...3000 ч рекоменду­ется ограничивать частоту пробегов [U], с^-1, принимая для ремней:

плоских прорезиненных < 10

плоских синтетических < 50

клиновых <20

поликлиновых < 30

В основе уточненных методов расчета ремней на долговечность лежит уравнение кривой усталости [см. рис. 2.3], в соответствии с которым оказывается возможным проводить комплексный расчет ременной передачи, удовлетворяющий условиям прочности и тяговой способно­сти при требуемом ресурсе [10].

Натяжение ремней

Предварительное натяжение ремня F_Q является необходимым услови­ем работы ременной передачи. Чем выше F₀, тем больше тяговая спо­собность и КПД передачи, но меньше долговечность ремня.

Конструкция ременной передачи должна допускать изменение меж­осевого расстояния как в сторону уменьшения (для свободной уста­новки ремня), так и в сторону увеличения (для натяжения ремня и компенсации его вытяжки).

Натяжение ремня в передачах осуществляют:

1. Устройствами периодического действия, где натяжение (по мере вытяжки ремня) регулируют винтами (рис. 22.9, а), перемещая один из шкивов.

2. Устройствами постоянного действия, где натяжение создают пружиной или силой тяжести узла. К ним относят натяжной ролик (его устанавливают на ведомой ветви), качающуюся плиту с установлен­ным на ней электродвигателем (рис. 22.9, б) и др.

 

Контрольные вопросы

1. Какие виды ременных передач различают по форме поперечного сечения ремня?

2. Какими достоинствами и недостатками обладают ременные передачи по сравне­нию с другими видами передач? Почему в многоступенчатых приводах ременная передача является обычно быстроходной ступенью?

3. Как определить силы натяжения в ветвях ремня при работе передачи?

4. В чем сущность упругого скольжения ремня по шкивам? Почему оно возникает и можно ли его устранить?

5. В чем разница между упругим скольжением и буксованием ремня?

6. Почему передаточное число ременной передачи непостоянно?

7. Для чего в ременной передаче создают предварительное натяжение ремня?

8. Как вычислить напряжения в ветвях ремня при работе передачи?

9. Что такое тяговая способность ременной передачи? Какие факторы влияют на нее?

10. В чем сущность усталостного разрушения ремней? Вследствие чего оно проис­ходит?

Глава 23

Передачи плоским ремнем