Механические передачи. Клиноременная передача: расчет, применение

Ре­мённая передача относится к механическим передачам с гибкой связью, в ко­торых гибкими промежуточными звеньями могут быть ремни, цепи или кана­ты. Ремённые передачи плоским ремнём получили распространение в XIX веке для привода текстильных и токарных станков. Затем были предложены клино­вые и зубчатые ремни. По принципу работы различают ремённые передачи трением (большинство передач) и зацеплением (зубчато-ремённые передачи).

Приступая к изучению этой темы, прежде всего, следует уяснить отличие ремённой передачи от всех других. Это отличие состоит в том, что при увели­чении нагрузки основная деталь передачи - ремень - до конца использует свою тяговую способность, определяемую силой трения между ремнём и шкивом, а затем начинается буксование шкива по ремню. В результате сильного нагрева ремень может быть разрушен и передача выходит из строя.

Ремённая передача (рис. 102,а)состоит из двух шкивов 1 и 2, ремня 3 и на­тяжного устройства 4. Механическая энергия от ведущего шкива к ведомому шкиву передаётся за счёт сил трения, возникающих при надевании ремня на шкивы с предварительным (монтажным) натяжением Fo. По форме поперечно­го сечения ремней различают передачи с плоским (рис. 102,б), клиновым (рис. 102, в), поликлиновым (рис. 102, г) и зубчатым ремнём.

Обычно ремённые передачи используют в качестве первой от двигателя ступени привода. В этом случае её габариты и масса оказываются сравнительно небольшими.

Достоинства ремённой передачи трением: возможность работы с высокими скоростями, предохранение узлов привода от перегрузок, простота конструкции, бесшумность при работе, дешевизна.

Недостатки: малая долговечность ремня в быстроходных передачах, большие габариты передачи, зна­чительные усилия на валы и опоры.

К материалам ремней предъявляются требования высокой прочности при переменных напряжениях, износостойкости, максимального коэффициента трения по рабочей поверхности шкива, минимальной изгибной жёсткости. Область применения плоскоремённых передач - быстроходные переда­чи при высоких требованиях к плавности работы.

Рис.102. Ремённая передача (а) и форма поперечного сечения ремней: б - плоского, в - клинового, г – поликлинового.

Высокоскоростные плоскоремённые передачи применяют как ускоритель­ные в приводах быстроходных технологических машин, например, шлифо­вальных станков, центрифуг и др. При скорости ремня v > 30 м/с передача мощности может и должна осуществляться только плоскими тонкими бесшов­ными (бесконечными) ремнями в виде замкнутой ленты определённой длины. Никакие сшивки или другие виды соединения концов ремня высокоскоростных передач недопустимы, так как ремни неизбежно рвутся от динамических воздействий в местах соединения. Быстроходные ремни выполняют тонкими из соображений долговечности, требующей минимальных напряжений изгиба, от которых, главным образом, при большом числе перегибов ремня в секунду за­висит усталостная прочность материала ремня.

Современными типами плоских бесконечных ремней являются синтетические тканые (рис. 103, а, вверху) и прорезиненные кордшнуровые ремни (рис. 103, а, внизу). Благодаря высокой упругости материала они хорошо амортизи­руют колебания нагрузки и вибрации деталей. Ширина синтетических тканых ремней от 10 до 100 мм, толщина ремня 0,8 или 1 мм, диапазон длин от 250 до 3350 мм. Допустимая скорость до 75 м/с. Ширина прорезиненных кордошнуровых ремней от 30 до 60 мм, толщина 2,8 мм, внутренняя длина от 500 до 5600 мм. Допустимая скорость до 35 м/с. При расчёте плоскоремённой передачи определяют размеры поперечного сечения ремня. Изменением ширины плоского ремня b р можно варьировать нагрузочную способность передачи.

Рис. 103. Конструкции поперечного сечения тяговых ремней: а - плоских, б - клиновых, в - поликлиновых

Клиноремённые передачи имеют универсальное назначение. Клиновые ремни обеспечивают большую тяговую способность и меньшие габариты передачи для одинаковой мощности по сравнению с передачами плоским ремнём. Распространение получили кордтканевые и кордшнуровые ремни (рис. 103, б)слойной конструкции, изготовляемые бесконечными. Клиновые ремни в пере­даче применяют от 2 до 8 штук в комплекте, чтобы варьировать нагрузочную способность передачи. Из-за «рассеяния» длин ремней нагрузка между ними в комплекте распределяется неравномерно, поэтому в клиноремённых передачах требуется подбирать ремни с минимальным отклонением по длине. Клиновые ремни выполняют с углом φ = 36...40°. Отношение большего основания трапециевидного сечения к высоте b p /h ≈ 1,6 (ремни нормального сечения) или b p /h ≈ 1,2 (узкие клиновые ремни). Узкие клиновые ремни вслед­ствие большей гибкости дают возможность заменить ремни нормальных сече­ний, уменьшить количество ремней в комплекте и размеры передачи.

Поликлиновой ремень (рис. 103, е) - плоский бесконечный ремень со шну­ровым кордом и клиновыми выступами на нижней стороне. Он имеет строго фиксированное и постоянное положение нейтрального слоя, а также ширину и длину рабочих клиньев. Это гарантирует спокойную работу, позволяет приме­нить шкивы меньших диаметров и работать при скоростях до 40 м/с. Ширина поликлинового ремня при передаче такой же мощности значительно меньше ширины комплекта обычных клиновых ремней.

Тип клинового ремня - ремень нормального сечения (Z, А, В, С, D, Е, ЕО), узкий клиновой ремень (сечения УО, УА, УБ или УВ) или поликлиновой ре­мень (сечения К, Л или М) - назначают в зависимости от величины вращающе­го момента на ведущем шкиве Т 1 , Н∙м. При расчёте клиноремённой передачи определяют не размеры поперечного сечения ремня, а количество клиновых ремней z p в комплекте или количество клиньев z поликлинового ремня.

Зубчато-ремённая передача (рис. 104) соединяет в себе достоинства ре­мённых и цепных передач. По названию и конструкции тягового органа эту пе­редачу относят к ремённым, а по принципу работы - к цепным передачам. Та­кая передача компактна, работает плавно и почти бесшумно, не требует смазы­вания и тщательного ухода. Принцип зацепления устраняет проскальзывание ремня на шкивах, нет необходимости и в большом предварительном натяжении ремня.

Передача механической энергии, осуществляе­мая гибкой связью за счет трения между ремнем и шкивом, называется ременной. Ременная передача состоит из ведущего и ведомого шки­вов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга и огибаемых приводным ремнем (рис. 182). Чем больше напряжение, угол обхвата шкива ремнем и коэффициент трения, тем больше передаваемая нагруз­ка. В зависимости от формы поперечного сечения ремня передачи бывают: плоскоременные (рис. 183, I), клиноременные (рис. 183, II) и круглоременные (рис. 183, III). Наибольшее распространение в машиностроении получили плоские и клиновидные ремни. Плоские ремни испытывают минимальное напряжение изгиба на шкивах, клиновидные благодаря клиновому воздействию со шкивами характеризуются повышенной тяго­вой способностью. Круглые ремни применяют в небольших машинах, на­пример в машинах швейной и пищевой промышленности, настольных станках и приборах.

Рис. 182

Рис. 183

К достоинствам ременных передач относятся: возможность передачи вращательного движения на большие расстояния (до 15 м): простота конст­рукции и малая стоимость; плавность хода и безударность работы; легкость ухода и обслуживания.

Однако ременные передачи громоздки, недолговечны в быстроходных механизмах, не позволяют получать постоянного передаточного отношения из-за проскальзывания ремня, создают повышенные нагрузки на валы и опоры (подшипники), так как суммарное натяжение ветвей ремня значи­тельно больше окружной силы передачи. Кроме того, во время эксплуата­ции ременной передачи не исключена возможность соскакивания и обрыва ремня, поэтому эти передачи нуждаются в постоянном надзоре.

Типы плоскоременных передач

В зависимости от расположения осей шкивов и назначения различаются следующие типы плоскоременных передач:

• открытая передача - при параллельных осях и вращении шкивов в одном направлении (рис. 184, I);
• перекрестная передача - при параллельных осях и враще­нии шкивов в противоположных направлениях (рис. 184, II);
• полуперекрестная передача - при перекрещивающихся осях (рис. 184, III);
• угловая передача - при пересекающихся осях (рис. 184, IV); передача со ступенчатыми шкивами (рис. 184, V), позволяющая изменять угловую скорость ведомого вала при постоянной скорости ведущего. Ступени шкивов располагаются так, чтобы меньшая ступень одного шкива находилась против большей ступени другого и т. д. Для изменения скорости ведомого шкива ремень перекидывают с одной па­ры ступеней на другую;
• передача с холостым шкивом (рис. 184, VI), позволяющая остановить ведомый вал при вращении ведущего. На ведущем валу насажен широкий шкив 1, а на ведомом два шкива: рабочий 2, который соединен с ва­лом при помощи шпонки, и холостой 3, свободно вращающийся на валу. Ре­мень, связывающий шкивы, можно на ходу перемещать, соединяя шкив 1 со шкивами 2 или 3, соответственно включая или выключая ведомый вал;
• передача с натяжным роликом, обеспечивающая автома­тическое натяжение ремня и увеличение угла обхвата ремнем меньшего шкива (рис. 184, VII).

Рис. 184

Плоскоременная передача проста по своей конструкции, применяется при больших межосевых расстояниях (до 15 м) и высоких скоростях (до 100 м/с) при пониженной долговечности.

Клиноременная передача

В клиноременной передаче гибкая связь осуществляется приводным ремнем трапецевидного сечения с углом профи­ля? равном 40° (в недеформированном состоянии). По сравнению с плос­ким ремнем клиновидный ремень передает большие тяговые усилия, но пе­редача с таким ремнем имеет пониженный КПД.

Клиноременные передачи целесообразно использовать при больших пе­редаточных отношениях, малых межосевых расстояниях и вертикальном расположении осей валов. Скорость ремней клиноременной передачи не должна превышать 30 м/с. В противном случае клиновидные ремни будут вибрировать.

Клиновидные ремни для приводов общего назначения стандартизирова­ны ГОСТ 1284.1-89.

При монтаже клиноременной передачи особое внимание обращают на пра­вильность III установки клиновидного ремня в канавке обода шкива (рис. 185).

Рис. 185

Детали ременных передач

Приводные ремни . Любой при­водной ремень служит тяговым органом. Он должен обладать определенной тяговой способностью (передавать заданную нагрузку без пробуксовывания), иметь достаточную прочность, долговечность, износостойкость, хорошее сцепление со шкивом и невысокую стоимость.

Плоские ремни изготовляют раз­ной ширины, конструкции и из раз­личных материалов: хлопчатобу­мажных, прорезиненных, шерстя­ных тканей и кожи. Выбор материа­ла для ремней обусловлен условия­ми работы (атмосферные влияния, вредные пары, температурные из­менения, ударные нагрузки и т. п.) и тяговой способностью. Приводные ремни (прорезиненные) стандарти­зированы.

Клиновидные ремни бывают двух типов: кордтканевые и кордшнуровые. В кордтканевых ремнях (рис. 186, I) корд выполнен в виде нескольких слоев кордткани с основой в виде крученых шнуров толщиной 0,8-0,9 мм. В кордшнуровых ремнях (рис. 186, II) корд состоит из одного слоя кордшнура, намотанного по винтовой линии и заключенного в тонкий слой резины для уменьшения трения. Эти ремни используются в быстро­ходных передачах и являются гибкими, надежными и долговечными.

Рис. 186

Примечание. Корд - прочная крученая нить из хлопчатобумажного или искусствен­ного волокна.

В последние годы в отечественном машиностроении все больше стали при­менять зубчатые (полиамидные) ремни. Эти ремни сочетают в своей конструк­ции все преимущества плоских ремней и зубчатых зацеплений (рис. 187). На рабочей поверхности ремней 4 имеются выступы, которые входят в зацепле­ние в выступами на шкивах 1,2 и З. Полиамидные ремни пригодны для высо­коскоростных передач, а также для передач с небольшим межосевым рассто­янием. Они допускают значительные перегрузки, очень надежны и прочны.

Рис. 187

Концы ремней соединяют склейкой, сшивкой и металлическими соединителями. Склейку однородных ремней (кожаных) осуществляют по косому срезу на длине, рав­ной 20...25-кратной толщине ремня (рис. 188, I), а слойных ремней - по ступенчатой поверхности с числом ступеней не менее трех (рис. 188, II). Места соединения прорезинен­ных ремней после склеивания вулканизиру­ют.

Сшивку применяют для ремней всех типов. Она производится посредством жиль­ных струн или ушивальниками-ремешками из сыромятной кожи (рис. 188, III). Более со­вершенной и надежной считают сшивку встык жильными струнами с наклонными проколами (рис. 188, IV).

Рис. 188

Механические соединители применяют для всех ремней, кроме быстро­ходных. Они позволяют осуществить быстрое соединение, но увеличивают его массу (рис. 188, V). Особенно хорошую работу обеспечи­вают шарнирные соединения проволочными спиралями (рис. 188, VI). Спи­рали продевают через ряд отверстий, и после прессования они обжимают ремень. Шарнир создается в результате совмещения спиралей и продевания через них оси.

Шкивы . Для плоских ремней наиболее приемлемой формой поверх­ности шкива является гладкая цилиндрическая поверхность (рис. 189,I).

Рис. 189

Для центрирования ремня поверхность ведомого шкива делают выпук­лой, а ведущего - цилиндрической (при v <= 25 м/с оба шкива делают вы­пуклыми).

Для клиновидных ремней рабочей поверхностью служат боковые сторо­ны клиновых канавок (рис. 189, II) в ободе шкивов. Число и размеры этих канавок определяются профилем ремня и числом ремней.

Шкивы выполняют литыми из чугуна, алюминиевых сплавов, пластиче­ских масс и сварными из стали. Чугунные шкивы бывают цельными и разъ­емными, состоящими из двух половин, которые у обода и втулки скрепля­ются болтами. Разъемные шкивы можно легко снимать с вала, не поднимая вал с подшипников.

Ременная передача для станков с ЧПУ – механизм, который преобразует вращательное движение вала в движение вдоль оси поступательного типа. Основным инструментом такой передачи является зубчатый ремень. Благодаря его наличию обеспечивается обработка заготовки по заданной оси, с целью получения более высокого показателя точности и производительности. Передача с ременным приводом является одной из самых распространенных, что обусловлено ее предназначением.

Предназначение

Наиболее простая конструкция передачи данного типа представлена шкивами, с натянутым на них ремнем. Он обтягивает лишь часть шкива, образуя угол обхвата. От его показателя зависит, насколько качественным будет сцепление. Чем выше показатель, тем выше и качество сцепления.

При помощи шкив-ролика угол обхвата можно увеличить. Если он будет слишком маленьким, то станок сможет выполнять свое предназначение лишь частично.

Благодаря ременной передаче вращательные движения могут быть преобразованы в поступательные. Прибор способен выполнить аналогичное преобразование наоборот. Агрегат обеспечивает передачу трением. Конструкция оборудования предполагает наличие трех звеньев:

• ведущего;
• ведомого;
• промежуточного.

Последний элемент представлен жестким ремнем, позволяющим образовать гибкую связь. Между звеньями образуется сила трения, которая формирует и передает мощность.

Передача для ЧПУ отвечает за скорость работы и производительность, которую будет иметь станок.

Этот тип передачи используется на агрегатах, комплектация которых предполагает расположение валов на большом расстоянии. Чтобы их соединить, применяется зубчатый ремень. Для исправной работы передачи, он должен быть хорошо натянут.

Качественное натяжение можно получить несколькими способами:

• переместив шкив прибора;
• использовав натяжные ролики;
• дополнив качающуюся плиту рабочим мотором.

Фиксация осуществляется при помощи специальных пластинок. Этот тип передачи применяется тогда, когда движимая часть не отличается большой массой. Натяжные ролики отвечают за обхват шкива.

Виды

Существует большое количество видов ременных передач. Они отличаются целым рядом признаков. В зависимости от признаков производится классификация. Основными признаками, которые делятся передачу на разные виды, являются:

• внешние качества поперечного сечения ремня;
• количество и виды шкивов;
• расположение валов и ремня по отношению друг к другу;
• наличие дополнительных роликов;
• количество валов, которые охватывает ремень.

Внешний вид поперечного сечения может быть: плоскоременной, клиноременной, поликлиноременной, круглоременной, зубчатоременной. Изделия клинового и поликлинового типа являются наиболее распространенными. Применяются с маломощными приводами.

Расположение валов по отношению друг к другу может быть параллельным и пересекающимся. Параллельное охватывает шкивы либо в одном направлении, либо в противоположных направлениях. При пересекающемся расположении отличается угол.

Количество и виды шкивов предполагают наличие валов: одношкивного типа, двушкивного типа, ступенчатошкивного типа. Количество валов, которые охватывает ремень, составляет от двух и выше. Вспомогательные ролики делятся на: натяжные, направляющие, или могут отсутствовать.

Для изготовления плоских ремней используется кожа, хлопчатобумажная пряжа, ткань прорезиненного типа. Соединение осуществляется несколькими способами: путем сшивания с использованием небольших ремешков, при помощи клея или металлических скрепок. Если ремень будет слабо натянут, возможно периодическое проскальзывание. На качество работы изделия влияет не только угол охвата, но и его размеры.

Для изготовления клиновидных вариантов используется ткань прорезиненного типа. Профиль ремней этого типа имеет форму трапеции. В одном ряду натягивается по несколько изделий. При использовании показатель проскальзывания минимален. Их отличием является плавная работа. Вместе с клиновидными вариантами наиболее часто используются металлорежущие станки, оснащенные числовым программным управлением.

Аналогом может выступать шарико винтовая пара, способная обеспечить винтовую передачу.

Достоинства и недостатки

Обеспечив оптимальное натяжение, угол обхвата и коэффициент трения, можно создать нагрузку, достаточную для того, чтобы станок с ЧПУ качественно работал. Использование ременной передачи имеет как положительные стороны, так и отрицательные.

Преимущества:

• бесшумная и плавная работа;
• отсутствие необходимости в высокоточной обработке;
• устойчивость к перезагрузке и вибрациям;
• отсутствие необходимости в использовании смазки;
• доступная стоимость механизма;
• наличие условий для ручного использования;
• простота установки на станке;
• в случае обрыва ремня поломка привода не возникает;
• мощность передается на большое расстояние;
• имеется возможность взаимодействия с частотой большого вращения;
• наличие систем предохранения, снижающей вероятность возникновения поломок в случае неисправности.

Недостатки:

• шкивы являются крупногабаритными элементами;
• проскальзывание влечет снижение передаваемой нагрузки;
• небольшой показатель мощности;
• необходима периодическая замена ремня;
• риск возникновения неисправностей при загрязнении деталей или использовании в среде с высоким показателем влажности.

Количество преимуществ превышает уровень недостатков. Снизить влияние отрицательны сторон оборудования можно, соблюдая правила его эксплуатации. При периодическом обслуживании вероятность выхода из строя прибора снижается.

Использование

Агрегаты с ЧПУ, оснащенные передачей плоскоременного типа, применяются в качестве станков, пилорам, генераторов, вентиляторов, а также в других сферах, где необходима работа приборов с повышенным уровнем гибкости и возможностью проскальзывания. Если оборудование используется на высоких скоростях, применяются синтетические материалы. На более низких скоростях используются кордтканевые и прорезиненные ремни.

Аналоги клинового типа применяются в сельскохозяйственной отрасли. Передача различного сечения способна выдержать высокие нагрузки и большую скорость. Машины промышленного класса предполагают использование вариаторов. Наилучшими характеристиками обладают зубчатые ремни. Их применяют как в промышленной, так и в бытовой области. Круглоременная передача применяются для маломощных приборов.

Основным минусом ременной передачи с ЧПУ является качество ремня. Даже самым качественным изделиям свойственно растягивание. Быстрее всего растягиваются длинные виды. Инструмент на растянутых ремнях не может обеспечить высокую точность обработки. Эффект растяжения можно снизить, закрепив два ремня друг на друга. Растягивается лишь определенный отрезок, поэтому этот недостаток не столь опасен.

Передача этого типа обеспечивает мягкие движения, при отсутствии резонанса. Пыль и стружка не способны негативно повлиять на ее работу. Предусмотрена возможность осуществлять натяжку ремня.

Используя станок с ЧПУ следует запомнить несколько факторов:

• зубчатые ремни обеспечивают перемещение подвижных частей агрегата;
• ремни делятся на замкнутые и незамкнутые;
• ремни из полиуретана более износостойкие;
• на станках с ЧПУ допускается использование армированных ремней.

Передача данного типа на приборах с ЧПУ на высоких скоростях способна уменьшить уровень мощности и точности. Данный недостаток решается при помощи установки специального оборудования. После их установки может понадобиться настройка драйверов. Данное действие требуется для того, чтобы сгладить работу агрегата. Оно производится в настройках программы. Значение для шкивов, обеспечивающих правильно перемещение, зависит о того, какой модели выбран станок, или ШВП.

Для агрегатов с числовым программным управлением, использующих ременную передачу, не требуется специальных программоноситель. Программа составляется и разрабатывается в зависимости от того, для какого типа работ она необходима. Для того, чтобы устройство работало исправно в автономном режиме, следует периодически проверять его состояние. Программа не может решить проблему неисправного оборудования.

Лекция 9 РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ

П л а н л е к ц и и

1. Общие сведения.

2. Классификация ременных передач.

3. Кинематические и геометрические зависимости в ременных передачах.

4. Динамические зависимости.

5. Условия работоспособности, кривые скольжения, критерии расчета.

6. Порядок расчета ременных передач.

7. Натяжные устройства.

8. Шкивы.

1. Общие сведения

Простейшая ременная передача (рис. 9.1) состоит из двух шкивов – ведущего и ведомого, закрепленных на валах и ремнях, охватывающих шкивы.

Нагрузка передается силами трения, возникающими между шкивами и ремнями, вследствие предварительного натяжения ремня.

Применяется ременная передача для привода от электродвигателя небольшой и средней мощности отдельных механизмов. Окружная скорость до 5 м/с для передач с ремнем не рекомендуется. Обычные ременные передачи работают со скоростью до 10 м/с, а быстроходные – до 60–100 м/с.

Достоинства ременных передач:

1. Простота конструкции и эксплуатации, относительно низкая стоимость.

2. Плавность и бесшумность работы, обусловленная эластичностью ремня.

3. Возможность передачи мощности на большие расстояния (клиновыми ремнями до 15 м) при скорости до 100 м/с.

4. Смягчения вибраций и толчков благодаря упругости ремня.

5. Возможность предохранения механизмов от перегрузок за счет упругой вытяжки ремня и проскальзывания ремня.

6. Пониженные требования к точности взаимного расположения осей

Недостатки ременных передач:

1. Непостоянство передаточного числа из-за упругого проскальзывания ремня, в зависимости от величины нагрузки.

2. Значительные габариты.

3. Значительные нагрузки на валы и опоры от натяжения ремня.

4. Незначительная долговечность ремней (1000–5000 ч) в быстроходных передачах.

5. Необходимость в постоянном контроле во время работы из-за возможного соскакивания, обрыва и вытяжки ремней.

6. Неприменимость во взрывоопасных помещениях.

7. Необходимость предохранения от попадания масла на ремень.

2. Классификация ременных передач

По конструктивной разновидности. Основные разновидности ременных передач показаны на рис. 9.2–9.4. Наибольшее распространение имеют открытые передачи (рис. 9.2, а ), перекрестные передачи (рис. 9.2, б ) применяют для изменения направления вращения ведомого шкива.

При использовании натяжного ролика (рис. 9.3) увеличивается угол обхвата ремня шкивов.

Полуперекрестные, или угловые (рис. 9.4), ременные передачи осуществляют движение между валами с пересекающимися осями.

Передаточное число открытых ременных передач – до 5, перекрестных – до 6, полуперекрестных – до 3, с натяжным роликом – до 10.

Ременные передачи позволяют передавать движение одного ведущего шкива (поз. 1 рис. 9.5) к нескольким ведомым (поз. 2 рис. 9.5).

По профилю ремня. В зависимости от профиля ремни делятся на плоские (рис. 9.6, а ), клиновые (рис. 9.6, б ), круглые (рис. 9.6, в ) и поликлиновые (рис. 9.6, г ). Круглые ремни предназначены для передач в приводах малых мощностей: швейных машин, бытовых приборов, настольных станков, радиоаппаратуры и т. д.

Разновидностью приводных ремней является зубчатый ремень, передающий движения за счет зацепления зубьев шкива и трения.

П л о с к и е р е м н и. Среди традиционных плоских ремней наибольшей тяговой способностью обладают кожаные ремни . Они могут работать со скоростью до 40–45 м/с на шкивах малых диаметров и имеют износоустойчивые кромки. Ремни хорошо работают в условиях переменных и ударных нагрузок. Размеры кожаных ремней стандартизированы по ГОСТ 18670–73. В то же время стоимость их велика, вследствие чего они имеют ограниченное применение.

Хлопчатобумажные ремни (ГОСТ 6982–75) применяются в быстроходных передачах при небольших мощностях. Они обеспечивают плавную работу и более дешевые. Такие ремни не применяются в условиях трения по кромкам и при работе в сырых помещениях или температурах выше 50 ºС. Для быстроходных передач используют шитые и тканые бесконечные ремни толщиной 1,5–2 мм.

Шерстяные ремни (ОСТ/НКТП 3157) применяются для передачи средних мощностей, отличаются высокими упругими свойствами и поэтому хорошо зарекомендовали себя при работе с большими ударными нагрузками. Они менее чувствительные к взаимодействию температуры, влажности, паров кислоты и щелочей.

Наибольшее применение имеют плоские прорезиненные ремни. Основная нагрузка воспринимается хлопчатобумажной тканью (бельтингом), резиновые прослойки обеспечивают работу ремня как единого целого. Ремни выпускаются с шириной 20–120 мм, обладают хорошей нагрузочной способностью и допускают работу при скоростях до 30 м/с. Основной недостаток таких ремней – высокая чувствительность к воздействию агрессивных сред. Прорезиненные ремни выполняют как бесконечными, так и конечными, которые потом соединяют склеиванием.

Прорезиненные ремни выпускают трех видов: нарезные – тип А, послойно завернутые – тип Б и спирально завернутые – тип В. Нарезные ремни, состоящие из нескольких (нарезанных) слоев, используют при работе с большими скоростями и малыми диаметрами шкивов. Ремни типа Б выпускают с резиновыми прокладками и без них и применяют при скорости до 20 м/с. Ремни типа В работают со скоростями не выше 15 м/с, их применяют на шкивах с ребордами и в перекрестных передачах.

Весьма перспективны ремни из синтетических материалов.

Пленочные, или синтетические, ремни (МРТУ 17-645–69) обладают высокой статической прочностью и долговечностью, выдерживают температуру 50 ºС

и относительную влажность до 95 %. Изготавливают пленочные ремни из тканей просвечивающего и гарнитурного переплетения для ширины до 75 мм

и с переплетением на основе двухуточной саржи для ширины до 50 мм с

пропиткой и облицовкой синтетическим материалом. Ремни из ткани просвечивающего переплетения более легкие. Пленочные ремни могут работать при скорости от 50 до 100 м/с.

На основе синтетических материалов разработаны многослойные ремни Exstramultus, которые не выдерживают действие кислот, фенола, но малочувствительны к маслам, охлаждающей жидкости, бензину, бензолу. Вследствие высокого предела упругости материала (сердечник из полиамида, наружный слой из хромовой кожи и поливинилхлорида) ремни не получают остаточных удлинений даже при перегрузке и не требуют подтягивания.

К л и н о в ы е р е м н и. Обычные клиновые ремни изготавливают двух конструкций: кордтканевые и кордшнуровые (рис. 9.7, а , б ) в которых передатчиком нагрузки служит корд из бельтинга, расположенный в нейтральном слое. Слой под кордом (слой сжатия) изготавливают из более твердой резины, а слой над кордом (слой растяжения) – из резины средней твердости. Оболочку клиновых ремней изготавливают из текстильной пряжи, искусственного шелка или нейлона с покрытиями из специальных материалов для повышения сопротивляемости разрушению.

Кордшнуровые ремни более гибкие и долговечные, а кордтканевые лучше переносят перегрузки, имеют большую поперечную жесткость и амортизирующую способность.

Замена бельтинга синтетическими волокнами (лавсан, вискоза, анид) позволяет повысить прочность ремней или уменьшить их ширину (узкие клиновые ремни).

В зависимости от отношения расчетной ширины b р к высоте h клиновые ремни изготавливают трех видов сечения: нормального (b p / h 1,4) ,

узкого (b p /h = 1,05–1,1) и широкого (b p /h = 2–4,5).

Ремни нормального сечения (ГОСТ 1284.1–80, ГОСТ 1284.2–80, ГОСТ 1284.3–80) выпускают семи сечений (0, А, Б, В, Г, Д, Е), отличающихся друг от друга размерами при геометрическом подобии и бесконечной длине. Профили Г, Д, Е в настоящее время все чаще заменяются поликлиновыми ремнями. Допускаемая скорость для профилей 0, А, Б, В – до 25 м/с (рис. 9.7, в ), для профилей Г, Д, Е – до 30 м/с.

Узкие клиновые ремни (РТМ 51-15-15-70) имеют сечения четырех размеров: У0, УА, УБ и УВ, которые по нагрузочной способности могут заменить все сечения нормальных клиновых ремней. Максимальная скорость для них – до 40 м/с.

Широкие клиновые ремни используют в основном в вариаторах. Благодаря повышенному сцеплению со шкивами, обусловленному эффектом клина, чем плоскоременных.

b0 b 0

Недостатки клиновых ремней : большие потери на трение и большие напряжения изгиба в ремне.

К клиновым ремням относят поликлиновые ремни (рис. 9.8), которые сочетают достоинства клиновых ремней (повышенное сцепление со шкивами) и плоских (гибкость). Такие ремни могут передавать большие мощности, хорошо работать на малых шкивах, допустимые скорости для них – до 40 м/с. Передачи с поликлиновыми ремнями отличаются меньшими габаритами.

Разработаны ремни трех сечений (рис. 9.8): К, Л, М, размеры которых регламентированы РТМ 38-40528-74. В американских и канадских стандартах предусмотрены еще два сечения (Н и J ) меньших размеров, в основном для бытовой техники и легкой промышленности.

Наряду с перечисленными видами клиновых ремней выпускают ремни с вогнутым нижним, а иногда и выпуклым верхним основаниями. Вогнутость увеличивает продольную гибкость ремня при его изгибе. Выпуклость превышает поперечную жесткость ремня и способствует сохранению трапециевидной формы ремня, предупреждая его деформацию. Чтобы сделать ремень достаточно гибким, по нижнему основанию, а иногда и по обоим, делают зубцы. Для уменьшения износа кромки ремней скашивают.

Двойной клиновый ремень, работающий верхней и нижней частями на различных шкивах, широко используют в сельхозмашиностроении, хотя его долговечность ниже, чем у обычного.

В некоторых случаях (при необходимости сложного монтажа) целесообразно использовать конечные клиновые ремни или ремни, составленные из отдельных элементов, но их долговечность меньше бесконечных.

З у б ч а т ы е и к р у г л ы е р е м н и. Зубчатые ремни сочетают преимущества плоских ремней и зубчатых зацеплений. Их изготавливают из маслостойких искусственных материалов, из резины на основе хлоропреновых каучуков, из вулкалана, которые армируют стальными или полиамидными проволочками.

Зубчатые ремни не имеют скольжения, требуют меньшего натяжения, создают меньшие нагрузки на валы и опоры, работают почти бесшумно со скоростью до 80 м/с. Однако расход мощности на деформацию зубьев у них больше, больший собственный вес, шкивы для них дороже, ремень нуждается в предохранении от осевого смещения (используют шкивы с ребордами). Зубчатые ремни выпускают шириной 5–380 мм, с модулем от 2–10 мм.

Из круглых ремней наиболее распространены хлопчатобумажные, капроновые, реже используют прорезиненные и кожаные.

3. Кинематические и геометрические зависимости

в ременных передачах

Мощности . Диапазон мощностей, передаваемых цепями, довольно широк – от 0,3 до 50 кВт. Можно использовать цепи и при больших мощностях, но при этом резко возрастают габариты.

Скорости. В ременных передачах верхний предел скоростей ограничивается ухудшением условий работы ремня в связи с ростом центробежных сил, что приводит к образованию воздушной подушки между шкивом и ремнем и уменьшает долговечность ремня.

Скорость ведущего шкива, м/с:

v 1 ω 1d 1 π d 1n 1 .

Значение скоростей для отдельных видов передач и материалов, из которых они выполняются, имеют определенный предел:

Обычные материалы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	От 5 до 30 м /с
Специальные текстильные или прорезиненные.	До 50 м /с
Полиамидные, пленочные. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	До 100 м /с
Ремни клиновые:
типа 0, А, Б, В. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	До 25 м /с
типа Г, Д, Е. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	До 30 м /с
Из-за неизбежного скольжения окружные	скорости ведущего и
ведомого шкивов не равны, т. е. v 1 v 2 и v 1 v 2 ;
v 2 1 ξ v 1 ,

где ξ – коэффициент упругого или относительного скольжения; для плоских ремней ξ = 0,01–0,012; для клиновых ремней ξ = 0,015–0,02.

Передаточные отношения

ограничиваются габаритами передачи,

а также условием получения достаточного угла обхвата на малом шкиве:

i max = 10, i опт = 2,5–4,

d 1 ξ

Диаметры шкивов:

для плоских ремней

d 1 1100 1300

d 2 d 1 i 1 ξ ;

для клиновых ремней d 1 выбирают по таблицам в зависимости от типа ремня, а d 2 – как для плоских ремней;

для поликлиновых ремней

d1 a b T1 ,

где a и b – коэффициенты диаметра d 1 ; а = 65, b= 3 при Т 1 ≤ 25 Н м; а = 45,

b = 2 при Т 1 ≥ 26–90 Н м;

для зубчатых ремней d 1 выбирают по таблицам в зависимости от модуля зацепления. Модуль m вычисляют исходя из усталостной прочности зубьев ремня:

m k 3 1 p ,

где k – коэффициент, учитывающий форму зуба; k = 35 для ремней с трапецеидальной формой зубьев, k = 25 для ремней с полукруглой формой зубьев; Р 1 – номинальная мощность на ведущем валу, кВт; с р – коэффициент динамичности и режима работы, с р = 1,3–2,4.

Диаметр ведомого шкива

d2 = mZ2 .

Межосевое расстояние выбирают таким, чтобы можно было обеспечить необходимый угол обхвата на малом шкиве (рис. 9.9): для плоских ремней α > 150º, для клиновых – α > 120º.

Для плоских ремней

a min = 2(d 1 + d 2),

для клиновых ремней

a min = 0,5(d 1 + d 2 ) + h.

Максимальное межосевое расстояние a mаx ограничивается габаритными размерами и стоимостью передачи.

Малые размеры шкивов снижают долговечность передачи, так как

увеличиваются изгибные напряжения.

α 180 γ 180

d 1 d 2

57o .

Длина ремня

l 2 a

d 1 d 2

Для конечных ремней расчетная длина ремня согласуется с ГОСТом, а затем по окончательно принятой длине ремня уточняется величина межцентрового расстояния.

Уточненное значение межцентрового расстояния

		2 l π d d
a 0, 25					2 l π d d		2 8 d

4. Динамические зависимости

Окружная сила рассчитывается по формуле

K P F t д 1 ,

где K д – коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку и режим работы (определяется по таблице в зависимости от характера нагружения); K д 1; Р 1 – мощность на ведущем шкиве, кВт (Вт).

Усилие предварительного натяжения. Начальное натяжение ремня F 0

выбирается таким, чтобы ремень мог сохранять это натяжение достаточно длительное время, не вытягиваясь и обеспечивая достаточное сцепление между ремнем и шкивами:

F 0 A σ 0 ,

где А – площадь сечения ремня; σ0 – напряжение предварительного натяжения; σ0 = 1,8 МПа для плоских ремней без натяжного устройства; σ0 = 2,0 МПа для плоских ремней с автоматическим натяжением; σ0 = 1,2–1,5 МПа для клиновых ремней; σ0 = 3–4 МПа для полиамидных ремней.

Усилия в ветвях ремня. Величина усилий в ведущей F 1 и ведомой F 2 ветвях определяется из условия равновесия моментов на ведущем шкиве, которое записывается в виде

T 1 0,5 d 1 F 1 F 2 0,5 d 1F t .

1.Ременные передачи

1.1 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.

ременной передача шкив вал

1.1.1 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.

1.1.2 Схемы ременных передач

Передачи с одним ведомым валом

с параллельными осями валов

с непараллельными осями валов

с одинаковым направлением вращения

с обратным направлением вращения

Передачи с несколькими ведомыми валами

Примечания: 1. Схемы 1, 3, 5 - передачи с двумя шкивами; схемы 2, 4, 6, 7, 8, 9 - передачи с натяжными или направляющими роликами. 2. Обозначения: вщ - ведущий шкив; вм - ведомый шкив: HP - натяжной или направляющий ролик

1.2 Достоинства и недостатки

Достоинства

Недостатки

Возможность передачи крутящим моментом между валами, расположенными на относительно большом расстоянии

Громоздкость

Плавность и бесшумность работы передачи

Непостоянство передаточного числа из-за проскальзывания ремня

Предельность нагрузки, самопредохранение от перегрузки. Способность ремня передать определенную нагрузку, свыше которой происходит буксование (скольжение) ремня по шкиву

Повышение нагрузки на валы и подшипники

Возможность работы с высокими скоростями

Невысокий КПД (0,92.. .0,94)

Простота устройства, небольшая стоимость, легкость технического обслуживания

Необходимость защиты ремней от попадания

Малая стоимость

Необходимость защиты ремней от попадания воды

Электризация ремня и поэтому недопустимость работы во взрывоопасных помещениях

Ременные передачи в основном применяются для передачи мощности до 50 кВт (зубчатыми до 200, поликлиновыми до 1000 кВт)

1.3 Область применения

Ремни должны обладать достаточно высокой прочностью при действии переменных нагрузок, иметь высокий коэффициент трения при движении по шкиву и высокую износостойкость. Ременные передачи применяются для привода агрегатов от электродвигателей малой и средней мощности; для привода от маломощных двигателей внутреннего сгорания. Наибольшее распространение в машиностроении находят клиноременные передачи (в станках, автотранспортных двигателях и т. п.). Эти передачи широко используют при малых межосевых расстояниях и вертикальных осях шкивов, а также при передаче вращения несколькими шкивами. При необходимости обеспечения ременной передачи постоянного передаточного числа и хорошей тяговой способности рекомендуется устанавливать зубчатые ремни. При этом не требуется большего начального натяжения ремней; опоры могут быть неподвижными. Плоскоременные передачи применяются как простейшие, с минимальными напряжениями изгиба. Плоские ремни имеют прямоугольное сечение, применяются в машинах, которые должны быть устойчивы к вибрациям (например, высокоточные станки). Плоскоременные передачи в настоящее время применяют сравнительно редко (они вытесняются клиноременными). Теоретически тяговая способность клинового ремня при том же усилии натяжения в 3 раза больше, чем у плоского. Однако относительная прочность клинового ремня по сравнению с плоским несколько меньше (в нем меньше слоев армирующей ткани), поэтому практически тяговая способность клинового ремня приблизительно в два раза выше, чем у плоского. Это свидетельство в пользу клиновых ремней послужило основанием для их широкого распространения, в особенности в последнее время. Клиновые ремни могут передавать вращение на несколько валов одновременно, допускают umax = 8 – 10 без натяжного ролика.

Круглоременные передачи (как силовые) в машиностроении не применяются. Их используют в основном для маломощных устройств в приборостроении и бытовых механизмах (магнитофоны, радиолы, швейные машины и т. д.).

1.4 Кинематика ременных передач

Окружные скорости (м/с) на шкивах:

и

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:

Передаточное отношение:

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

1.4.1Силы и напряжения в ремне

Окружная сила на шкивах (Н):

где T1 – вращающий момент, Н м, на ведущем шкиве диаметром d1, мм; P1 – мощность на ведущем шкиве, кВт.

С другой стороны, Ft = F1 - F2, где F1 и F2 - силы натяжения ведущей и ведомой ветвей ремня под нагрузкой. Сумма натяжений ветвей при передаче полезной нагрузки не меняется по сравнению с начальной: F1 + F2 = 2F0. Решая систему двух уравнений, получаем:

F1 = F0 + Ft/2, F2 = F0 – Ft/2

Сила начального натяжения ремня F0 должна обеспечивать передачу полезной нагрузки за счет сил трения между ремнем и шкивом. При этом натяжение должно сохраняться долгое время при удовлетворительной долговечности ремня. С ростом силы несущая способность ременной передачи возрастает, однако срок службы уменьшается.

Соотношение сил натяжения ведущей и ведомой ветвей ремня без учета центробежных сил определяют по уравнению Эйлера, выведенному им для нерастяжимой нити, скользящей по цилиндру. Записываем условия равновесия по осям x и y элемента ремня с центральным углом da. Принимаем, что

и , тогда,

где dFn – нормальная сила реакции, действующая на элемент ремня от шкива; f –коэффициент трения ремня по шкиву. Из имеем:

Подставим значение в пренебрегая членом в связи с его малостью. Тогда

и

После потенцирования имеем:

где e – основание натурального логарифма, b - угол, на котором происходит упругое скольжение, при номинальной нагрузке .

Полученная зависимость показывает, что отношение F1/F2 сильно зависит от коэффициента трения ремня на шкиве и угла . Но эти величины являются случайными, в условиях эксплуатации могут принимать весьма различные значения из числа возможных, поэтому силы натяжения ветвей в особых случаях уточняют экспериментально.

Обозначая и учитывая, что , имеем

и

Ремни обычно неоднородны по сечению. Условно их рассчитывают по номинальным (средним) напряжениям, относя силы ко всей площади поперечного сечения ремня и принимая справедливым закон Гука.

Нормальное напряжение от окружной силы Ft:

где A – площадь сечения ремня, мм2.

Нормальное напряжение от предварительного натяжения ремня

Нормальные напряжения в ведущей и ведомой ветвях:

Центробежная сила вызывает нормальные напряжения в ремне, как во вращающемся кольце:

где s ц – нормальные напряжения от центробежной силы в ремне, МПа; v1 – скорость ремня, м/с; - плотность материала ремня, кг/м3.

При изгибе ремня на шкиве диаметром d относительное удлинение наружных волокон ремня как изогнутого бруса равно 2y/d, где y – расстояние от нейтральной линии в нормальном сечении ремня до наиболее удаленных от него растянутых волокон. Обычно толщина ремня . Наибольшие напряжения изгиба возникают на малом шкиве и равны:

Максимальные суммарные напряжения возникают на дуге сцепления ремня с малым (ведущим) шкивом:

Эти напряжения используют в расчетах ремня на долговечность, так как при работе передачи в ремне возникают значительные циклические напряжения изгиба и в меньшей мере циклические напряжения растяжения из-за разности натяжения ведущей и ведомой ветвей ремня.

1.5 Геометрия

Основные геометрические параметры и - диаметры ведущего и ведомого шкивов; а - межосевое расстояние; В - ширина шкива; L - длина ремня; - угол обхвата; - угол между ветвями ремня (рис.6).

Рис. Основные геометрические параметры ременных передач

Углы и , соответствующие дугам, по которым происходит касание ремня и обода шкива, называют углами обхвата. Перечисленные геометрические параметры являются общими для всех типов ременных передач.

1.5.1 Расчет геометрических параметров

1. Межосевое расстояние

где L - расчетная длина ремня; D1 и D2 - диаметры ведущего и ведомого шкивов.

Для нормальной работы плоскоременной передачи должно соблюдаться условие: