Ременные передачи. Общие сведения, кинематика, геометрические параметры.

14.1. Общие сведения

Ременные передачи – это передачи гибкой связью (рис. 14.1), состоящие из ведущего 1 и ведомого 2 шкивов и надетого на них ремня 3. В состав передачи могут также входить натяжные устройства и ограждения. Возможно применение нескольких ремней и нескольких ведомых шкивов. Основное назначение – передача механической энергии от двигателя передаточным и исполнительным механизмам, как правило, с понижением частоты вращения.

Рис. 14.1

14.2. Классификация передач

По принципу работы различаются передачи трением (большинство передач) и зацеплением (зубчатоременные). Передачи зубчатыми ремнями по своим свойствам существенно отличаются от передач трением и рассматриваются особо в 14.14.

Ремни передач трением по форме поперечного сечения разделяются на плоские, клиновые, поликлиновые, круглые, квадратные.

Условием работы ременных передач трением является наличие натяжения ремня, которое можно осуществить следующими способами:

предварительным упругим растяжением ремня;

перемещением одного из шкивов относительно другого;

натяжным роликом;

автоматическим устройством, обеспечивающим регулирование натяжения в зависимости от передаваемой нагрузки.

При первом способе натяжение назначается по наибольшей нагрузке с запасом на вытяжку ремня, при втором и третьем способах запас на вытяжку выбирают меньше, при четвертом - натяжение изменяется автоматически в зависимости от нагрузки, что обеспечивает наилучшие условия для работы ремня.

Клиновые, поликлиновые, зубчатые и быстроходные плоские изготовляют бесконечными замкнутыми. Плоские ремни преимущественно выпускают конечными в виде длинных лент. Концы таких ремней склеивают, сшивают или соединяют металлическими скобами. Места соединения ремней вызывают динамические нагрузки, что ограничивает скорость ремня. Разрушение этих ремней происходит, как правило, по месту соединения.

14.3. Достоинства и недостатки ременных передач трением

Достоинства:

возможность передачи движения на значительные расстояния;

возможность работы с высокими скоростями;

плавность и малошумность работы;

предохранение механизмов от резких колебаний нагрузки и ударов;

защита от перегрузки за счет проскальзывания ремня по шкиву;

простота конструкции, отсутствие необходимости смазочной системы;

малая стоимость.

Недостатки:

значительные габариты;

значительные силы, действующие на валы и опоры;

непостоянство передаточного отношения;

малая долговечность ремней в быстроходных передачах;

необходимость защиты ремня от попадания масла.

14.4. Конструкция и материалы ремней

Ремни должны обладать высокой прочностью при переменных напряжениях, износостойкостью, максимальным коэффициентом трения на рабочих поверхностях, минимальной изгибной жесткостью.

Конструкцию ремней отличает наличие высокопрочного несущего слоя, расположенного вблизи нейтральной линии сечения. Повышенный коэффициент трения обеспечивается пропиткой ремня или применением обкладок.

Рис. 14.2

Плоские ремни (рис. 14.2,а) отличаются большой гибкостью из-за малого отношения толщины ремня к его ширине. Наиболее перспективны синтетические ремни ввиду их высокой прочности и долговечности. Несущий слой этих ремней выполняется из капроновых тканей, полиэфирных нитей. Материал фрикционного слоя – полиамид или каучук.

Синтетические ремни изготовляют бесконечными и используют, как правило, при скорости более 30 м/с. При меньших скоростях могут использоваться конечные прорезиненные или бесконечные кордшнуровые и кордтканевые ремни. Прорезиненные ремни состоят из тканевого каркаса, имеющего от трех до шести слоев и наружных резиновых обкладок. Кордшнуровые ремни состоят из несущего слоя, содержащего один ряд синтетического кордшнура, связующей резины и тканевых обкладок. Кордтканевые ремни имеют несущий слой из двух слоев обрезиненной вискозной ткани.

Клиновые ремни (рис. 14.2,б) имеют трапециевидное сечение с боковыми рабочими сторонами 1, соприкасающимися с канавками на шкивах. Благодаря клиновому действию ремни этого типа обладают повышенным сцеплением со шкивами. Рассмотрим элементарный участок ремня длиной dl, для этого участка силу натяжения можно приближенно принять постоянной. Из рис. 14.3 следует, что сила dFn,, нормальная к поверхности канавки шкива, значительно больше силы натяжения dF:

, тогда сила трения.

Рис. 14.3

 

Клиновые ремни при том же натяжении обеспечивают примерно втрое большую силу трения по сравнению с плоскими ремнями. Из-за большой высоты сечения в клиновых ремнях возникают значительные напряжения при изгибе ремня на шкивах. Эти напряжения являются переменными и вызывают усталостное разрушение ремня.

Клиновые ремни выпускаются трех типов: нормального сечения, узкие и широкие (для вариаторов) и различных по площади сечений. Узкие ремни допускают большее натяжение и более высокие скорости (до ), передают в 1,5 – 2 раза большую мощность по сравнению с ремнями нормального сечения. В настоящее время узкие ремни становятся преобладающими. Ремни выпускают различными по площади поперечного сечения и применяют по несколько в одном комплекте. Это позволяет уменьшить диаметральные размеры передачи. Число ремней в комплекте обычно от 2 до 8 и ограничивается неравномерностью распределения передаваемой нагрузки между ремнями.

Поликлиновые ремни (рис. 14.2,в) – бесконечные плоские ремни с продольными клиновыми ребрами на внутренней поверхности. Эти ремни сочетают гибкость плоских ремней и повышенное сцепление со шкивами, характерное для клиновых ремней.

Клиновые и поликлиновые ремни выпускаются прорезиненными с несущим слоем из синтетических шнуров. Для шнуров корда применяют полиамидные и полиэфирные волокна, для передач с особенно высокой нагрузкой - кевлар. Ремни с кордом из кевлара имеют высокую прочность, практически не вытягиваются (модуль упругости при растяжении E=2500 МПа, в отличие от E=300…600 МПа для корда из других волокон). Выпускаются также кордтканевые клиновые ремни с несколькими слоями ткани, они имеют меньший модуль упругости и лучше работают при ударной нагрузке.

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

Круглые ремни выполняют резиновыми диаметром от 3 до 12 мм, используются для передачи небольших мощностей в приборах и бытовой технике.

Ремни квадратного сечения используют для передачи небольших мощностей с приборах.

14.5. Основные геометрические соотношения

При проектировании ременных передач определяют (рис. 14.4): угол между ветвями ремня, угол охвата ремнем малого шкива, длину ремня и при использовании бесконечных ремней – межосевое расстояние . Расчетные диаметры шкивов и длины ремней определяют по нейтральному слою поперечного сечения ремня.

Рис. 14.4

Угол между ветвями ремня находят из треугольника О1АО2: , где. Тогда угол между ветвями ремня в радианах:

(14.1)

Угол охвата ремнем малого шкива в градусах:

(14.2)

Минимальный угол охвата должен быть для плоскоременной передачи – 1500, для клиноременной - 1200.

Длина ремня (без учета его деформации на шкивах) определяется как сумма длин прямолинейных участков и длин дуг охвата ремнем малого и большого шкивов.

(14.3)

Используя разложение в ряд Маклорена с точностью до первых двух членов:, и принимая , получаем зависимость для определения длины ремня:

(14.4)

Для бесконечных ремней следует уточнить предварительно заданное межосевое расстояние, определяя его как больший корень квадратного уравнения (14.4):

(14.5)

14. 7. Кинематика ременных передач

Окружные скорости (м/с) на шкивах (рис. 14.1):

и, (14.8)

где d1 и d2 – диаметры ведущего и ведомого шкивов, мм; n1 и n2 – частоты вращения шкивов, мин-1.

Окружная скорость на ведомом шкиве v2 меньше скорости на ведущем v1 вследствие скольжения:

. (14.9)

Передаточное отношение:

. (14.10)

Обычно упругое скольжение находится в пределах 0,01…0,02 и растет с увеличением нагрузки.