Обычно клиноременная передача представляет собой открытую передачу с одним или несколькими ремнями. Рабочими поверхностями ремня являются его боковые стороны.
По сравнению с плоскоременными клиноременные передачи обладают большей тяговой способностью, имеют меньшее межосевое расстояние, допускают меньший угол обхвата малого шкива и большие передаточные числа (и < 10). Однако стандартные клиновые ремни не допускают скорость более 30 м/с из-за возможности крутильных колебаний ведомой системы, связанных с неизбежным различием ширины ремня по его длине и, как следствие, непостоянством передаточного отношения за один пробег ремня. У клиновых ремней большие потери на трение и напряжения изгиба, а конструкция шкивов сложнее.
Клиноременные передачи широко используют в индивидуальных приводах мощностью до 400 кВт. КПД клиноременных передач η = 0,87 ... 0,97.
Поликлиновые ременные передачи не имеют большинства недостатков, присущих клиноременным, но сохраняют достоинства последних. Поликлиновые ремни имеют гибкость, сравнимую с гибкостью резинотканевых плоских ремней, поэтому они работают более плавно, минимальный диаметр малого шкива передачи можно брать меньшим, передаточные числа увеличить до и < 15, а скорость ремня - до 50 м/с. Передача обладает большой демпфирующей способностью.
Клиновые и поликлиновые ремни. Клиновые приводные ремни выполняют бесконечными резинотканевой конструкции трапецеидального сечения с углом клина φ 0 = 40°. В зависимости от отношения ширины b а большего основания трапеции к ее высоте h клиновые ремни бывают нормальных сечений (b 0 /h = 1,6, см.); узкие (b 0 /h= 1,2); широкие (b 0 /h =2,5 и более; применяют для клиноременных вариаторов).
В настоящее время стандартизованы клиновые ремни нормальных сечений, предназначенные для приводов станков, промышленных установок и стационарных сельскохозяйственных машин. Основные размеры и методы контроля таких ремней регламентированы ГОСТ 1284.1-89. Ремни сечения Е0 применяют только для действующих машин и установок. Стандартные ремни изготовляют двух видов: для Умеренного и тропического климата, работающих при температуре воздуха от минус 30 до плюс 60 °С, и для холодного и очень холодного климата, работающих при температуре от минус 60 до плюс 40 °С. Ремни сечений А, В и С для увеличения гибкости могут изготовляться с зубьями (пазами) на внутренней поверхности, полученными нарезкой или формованием (рис. 6.9, в).
Клиновые ремни (рис. 6.9, а, 6) состоят из резинового или резинотканевого слоя растяжения 1, несущего слоя 2 на основе материалов из химических волокон (кордткань или кордшнур), резинового слоя сжатия 3 и оберточного слоя прорезиненной ткани 4. Сечение ремня кордтканевой (а), кордшнуровой (б) конструкции показаны на рис. 6.9. Более гибки и долговечны кордшнуровые ремни, применяемые в быстроходных передачах. Допускаемая скорость для ремней нормальных сечений v < 30 м/с.
Технические условия на ремни приводные клиновые нормальных сечений регламентированы ГОСТ 1284.2-89, а передаваемые мощности - ГОСТ 1284.3-89.
Кроме вышеуказанных приводных клиновых ремней стандартизованы: ремни вентиляторные клиновые (для двигателей автомобилей, тракторов и комбайнов) и ремни приводные клиновые (для сельскохозяйственных машин).
При необходимости работы ремня с изгибом в двух направлениях применяют шестигранные (сдвоенные клиновые) ремни.
Весьма перспективны узкие клиновые ремни, которые передают в 1,5-2 раза большие мощности, чем ремни нормальных сечений. Узкие ремни допускают меньшие диаметры малого шкива и работают при скоростях до 50 м/с; передачи получаются более компактными. Четыре сечения этих ремней У0 (SPZ), УА (SPA), УБ (SPB), УВ (SPC) заменяют семь нормальных сечений.
Узкие ремни обладают повышенной тяговой способностью за счет лучшего распределения нагрузки по ширине несущего слоя, состоящего из высокопрочного синтетического корда. Применение узких ремней значительно снижает материалоемкость ременных передач. Узкие ремни пока не стандартизованы и изготовляются в соответствии с ТУ 38 605 205-95.
Следует отметить, что в клиноременных передачах с несколькими ремнями из-за разной длины и неодинаковых упругих свойств нагрузка между ремнями распределяется неравномерно. Поэтому в передаче не рекомендуется использовать более 8...12 ремней.
Поликлиновые ремни (см. рис. 6.1, г) представляют собой бесконечные плоские ремни с ребрами на нижней стороне, работающие на шкивах с клиновыми канавками. По всей ширине ремня расположен высокопрочный синтетический шнуровой корд; ширина такого ремня в 1,5-2 раза меньше ширины комплекта ремней нормальных сечений при одинаковой мощности передачи.
Поликлиновые ремни пока не стандартизованы; на основании нормали изготовляют три сечения кордшнуровых поликлиновых ремней, обозначаемых К, Л и М, с числом ребер от 2 до 50, длиной ремня от 400 до 4000 мм и углом клина φ 0 = 40°.
По сравнению с плоскоременными клиноременные передачи обладают значительно большей тяговой способностью за счет повышенного сцепления, обусловленного приведенным коэффициентом трения f " между ремнем и шкивом.
Как известно из рассматриваемой в теоретической механике теории трения клинчатого ползуна,
f "= f sin(a /2),
где f - коэффициент трения на плоскости (для прорезиненной ткани по чугуну f = 0,3); a - угол профиля канавки шкива.
Приняв a = φ 0 = 40°, получим
f " = f sin20°=3 f .
Таким образом, при прочих равных условиях клиновые ремни способны передавать в три раза большую окружную силу, чем плоские.
Расчет передачи с клиновыми ремнями. Расчет проводят из условий обеспечения тяговой способности и долговечности ремней; он основан на тех же предпосылках, что и расчет плоскоременных передач.
Расчет ремней выполняют с помощью таблиц, содержащих номинальные мощности, передаваемые одним ремнем в зависимости от сечения ремня, расчетного диаметра малого шкива, его частоты вращения и передаточного числа (расчетный диаметр шкива клиноременной передачи соответствует положению нейтрального слоя ремня, установленного в канавке шкива; см. диаметр d p на рис. 6.14).
Проектный расчет клиноременной передачи начинают с выбора сечения ремня по заданной передаваемой мощности и частоте вращения малого шкива с помощью графиков (рис. 6.10). При мощностях до 2 кВт применяют сечение Z, а сечение ЕО - при мощностях свыше 200 кВт.
ремня............ Z А В С D Е УО УА УБ УВ
d min , мм......... 63 90 125 200 355 500 63 90 140 224
Следует помнить, что вышеприведенные значения расчетных диаметров малого шкива обеспечивают минимальные габариты передачи, но с увеличением этого диаметра возрастают тяговая способность и КПД передачи, а также долговечность ремней. При отсутствии жестких требований к габаритам передачи расчетный диаметр d 1 малого шкива следует принимать больше минимально допустимого значения. Диаметр d 2 большого шкива определяют по формуле
d 2 =ud 1 ,
где и - передаточное число передачи; полученное значение округляют до ближайшего стандартного размера.
Расчетные диаметры шкивов клиноременных передач выбирают из стандартного ряда (мм):
63; 71; 80; 90; 100; 112; 125; 140; 160; 180; 200; 224; 250; 280; 315; 355; 400; 450; 500 и т. д.
v = πd 1 n 1 / 60 ,
где d 1, n 1 - расчетный диаметр и частота вращения малого шкива.
В ходе дальнейшего расчета находят все геометрические параметры передачи.
Межосевое расстояние а предварительно определяют по условию
0,55(d 1 + d 2) + h
где h - высота сечения ремня. Следует помнить, что с увеличением межосевого расстояния долговечность ремней увеличивается.
Расчетная длина ремня L p вычисляется по формуле, приведенной в § 6.1, и округляется до ближайшей стандартной длины из ряда (для сечения В) (мм): 800; 900; 1000; 1120; 1250; 1400; 1600; 1800; 2000; 2120; 2240 и т. д. до 6300. Затем по формуле, приведенной в § 6.1, определяют окончательное межосевое расстояние а в зависимости от принятой стандартной расчетной длины ремня.
Угол обхвата а, на малом шкиве вычисляется по формуле,
приведенной в § 6.1.
Мощность Р р, передаваемая одним ремнем, рассчитывается по
Р p = Р o С a С L /С p ,
где Р о - номинальная мощность, передаваемая одним ремнем (для ремней сечения В находится по табл. 6.2; для других сечений - по таблицам ГОСТа).
С а - коэффициент угла обхвата:
а° 1 ............. 180 160 140 120 90
С а................ 1,0 0,95 0,89 0,82 0,68
C L - коэффициент длины ремня, зависящий от отношения принятой длины L ремня к исходной длине L Р, указанной в стандарте:
L/L p .......... 0,3 0,5 0,8 1,0 1,6 2,4
C L ............. 0,79 0,86 0,95 1,0 1,1 1,2
(подробная таблица значений C L приведена в стандарте); С р - коэффициент динамичности и режима работы; ориентировочно принимается как для плоскоременных передач, см. § 6.2 (подробная таблица значений С р приведена в стандарте).
Дальнейший расчет клиноременной передачи сводится к определению числа ремней z по формуле
где Р - передаваемая мощность на ведущем валу; C z - коэффициент, учитывающий число ремней в комплекте, вводится при z > 2:
z..................... 2-3 4-6 >6
С z ................... 0,95 0,90 0,85
Во избежание значительной неравномерности распределения нагрузки между ремнями не рекомендуется в одной передаче использовать более 8 ремней нормального сечения и 12 узких ремней; число ремней мелких сечений не следует брать больше 6.
R = 2F 0 z sin(a 1 /2), где F o - натяжение ветви одного ремня; a 1 - угол обхвата малого шкива.
Величину F 0 натяжения ветви одного ремня вычисляют по формуле
F 0 =(0,85РС р С z)/zνC a + θν 2
где v - окружная скорость ремня; θ- коэффициент, учитывающий влияние центробежных сил:
Сечение ремня.... Z А В С D E E0
θ, Н*с 2 /м 2 0,06 0,1 0,18 0,3 0,6 0,9 1,5
Передачи с узкими и поликлиновыми ремнями рассчитывают по аналогичной методике. Таблицы мощностей, передаваемых одним узким ремнем и поликлиновым ремнем с 10 ребрами, имеются в учебных пособиях по курсовому проектированию деталей машин.
При расчете поликлиновых ремней определяют число ребер z по формуле
z =10P/P p
где Р - передаваемая мощность на ведущем валу; Р р - мощность, передаваемая ремнем с 10 ребрами.
Расчет долговечности клиновых ремней нормальных сечений установлен ГОСТ 1284.2-89. Средний ресурс L h ср ремней в эксплуатации для среднего режима работы устанавливается 2000 ч. При легких, тяжелых и очень тяжелых режимах работы расчетный ресурс вычисляют по формуле
L hp = L h ср K 1 K 2
где К 1 - коэффициент режима работы, равный: для легкого режима - 2,5; для тяжелого режима - 0,5; для очень тяжелого режима - 0,25; К 2 - коэффициент, учитывающий климатические условия эксплуатации, равный: для районов с холодным и очень холодным климатом - 0,75; для остальных районов - 1,0.
Режим работы для конкретных машин устанавливают по ГОСТу. Так, например, для станков с непрерывным процессом резания (токарные, сверлильные, шлифовальные) режим работы полагается легким; для фрезерных, зубофрезерных станков режим работы полагается средним; строгальные, долбежные, зубодолбежные и деревообрабатывающие станки работают в тяжелом режиме; очень тяжелый режим работы полагается для подъемников, экскаваторов, молотов, дробилок, лесопильных рам и др.
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 членомв связи с его малостью. Тогда
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
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:
при этом а должно быть не более 15 м.
2. Расчетная длина ремня
на сшивку добавляют еще 100-300 мм.
3. Диаметр ведущего шкива (малого), мм
где - мощность на ведущем валу, кВт;- угловая скорость ведущего вала, рад/с.
4. Диаметр ведомого шкива
(5)
где и - передаточное число; - коэффициент скольжения.
При диаметре D > 300 мм шкивы изготовляют с четырьмя-шестью спицами. Для шкивов, имеющих отклонения от стандартных размеров, производят расчет на прочность. Обод рассчитывают на прочность как свободно вращающееся кольцо под действием сил инерции; спицы рассчитывают на изгиб.
1.5.2 Допускаемые углы обхвата ременных передач
Вследствие вытяжки и провисания ремня при эксплуатации углы обхвата измеряются приближенно:
В формуле выражение
где - угол между ветвями ремня (для плоскоременной передачи (< 30°)). Уголмежду ветвями ремня влияет на величину углов обхвата (и). Рекомендуется принимать также значение диаметров шкивов (и), чтобы соблюдалось условие
где для плоскоременной передачи = 150°, для клиноременной -= 120°.
1.6 Расчет долговечности ремня
Ремень испытывает переменные циклические напряжения , приводящие к усталостным повреждениям ремня и выходу его из строя. Кривые усталости Велера для ремней приближенно имеют вид
где m и C – постоянные, определяемые экспериментально; max – максимальные нормальные напряжения в ремне; NE – эквивалентное число циклов нагружения за срок службы ремня.
Здесь zш –число шкивов в передаче; Lh – ресурс ремня, ч.; i – коэффициент, учитывающий разную деформацию изгиба ремня на меньшем и большем шкивах; L – длина ремня, м. При передаточном отношении , с увеличением передаточного отношения влияние изгиба на большем шкиве уменьшается, аувеличивается, приближаясь к значениюzш. Расчет ремней на долговечность требует накопления экспериментальных данных о параметрах кривых усталости, в связи с чем в настоящее время этот расчет пока применяют не для всех типов передач.
| Тип ремня | Обозначение сечения | Размеры сечения, мм | Предельная длина L p , мм | Минимальный диаметр шкива d p min, мм |
Размеры канавок в шкивах, мм | |||||||
| l p | ω | Т 0 | b | h | e | f | α град при d p min | d p > при α=40° | ||||
| Нормального сечения (ГОСТ 1284.1-80 и ГОСТ 1284.3-80) | О | 8,5 | 10 | 6 | 400-2500 | 63 | 2,5 | 7,0 | 12 | 8 | 34 | 180 |
| А | 11 | 13 | 8 | 560-4000 | 90 | 3,3 | 8,7 | 15 | 10 | 34 | 450 | |
| Б | 14 | 17 | 10,5 | 800-6300 | 125 | 4,2 | 10,8 | 19 | 12,5 | 34 | 560 | |
| В | 19 | 22 | 13,5 | 1800-10000 | 200 | 5,7 | 14,3 | 25,5 | 17 | 36 | 710 | |
| Г | 27 | 32 | 19 | 3150-14000 | 315 | 8,1 | 19,9 | 37 | 24 | 36 | 1000 | |
| Д | 32 | 38 | 23,5 | 4500-18000 | 500 | 9,6 | 23,4 | 44,5 | 29 | 36 | 1250 | |
| Е | 42 | 50 | 30 | 6300-18000 | 800 | 12,5 | 30,5 | 58 | 38 | 38 | 1600 | |
| Узкого сечения (РТМ 38 40545-79) | УО | 8,5 | 10 | 8 | 630-3550 | 63 | 2,5 | 10 | 12 | 8 | 34 | 180 |
| УА | 11 | 13 | 10 | 800-4500 | 90 | 3 | 13 | 15 | 10 | 34 | 450 | |
| УБ | 14 | 17 | 13 | 1250-8000 | 140 | 4 | 17 | 19 | 12,5 | 34 | 560 | |
| УВ | 19 | 22 | 18 | 2000-8000 | 224 | 5 | 19 | 25,5 | 17 | 34 | 710 | |
Диаметр d и ширину В шкива, ширину ремня b выбирают из следующего ряда размеров:
10, 16, 20, 25, 32, 40, 45, 50, 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140, 160, 180, 200, 224, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000 мм.
Стандартом предусмотрены пределы d=40-2000 мм; В=16-630 мм. Ширину ремня b берут на один размер меньше ширины шкива. Рабочая поверхность шкива может быть цилиндрической или выпуклой для центрирования ремня на шкиве. Стрела выпуклости 0,3-6 мм (пропорционально диаметру шкива).
Клиноременная передача применяется при скорости от 5 до 30 м/с для нормального и от 5 до 40 м/с для узкого сечения соответственно. Передаваемая мощность до 50 кВт, передаточное число n<7, число ремней в передаче 2-8. Клиновые ремни выполняются бесконечными прорезиненными, трапецеидальной формы с несущим слоем в виде нескольких слоев кордткани или шнура. В зависимости от соотношения ширины и высоты ремни изготовляют трех типов: нормального, узкого и широкого, применяемого в бесступенчатых передачах (вариаторах) по ГОСТ 24848.1-81 и ГОСТ 24848.3-81.
Стандартизированы следующие расчетные (по нейтральной линии) длины ремней: 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000,. 2240, 2500, 2800, 3150, 3550, 4000, 4500, 5000, 5600, 6300, 7100, 8000, 9000, 10 000, 11200, 12 500, 14 000, 16 000, 18 000.
Шкивы имеют в ободе канавки под клиновой ремень. Угол канавок варьируется в диапазоне от 34° до 40° и зависит от диаметра шкива.
Поликлиновая передача
8.24. Размеры поликлиновых ремней| Обозначение сечения | Размеры сечения, мм | Предельная длина, мм | Рекомендуемое число ребер | Наименьший диаметр малого шкива, мм | |||
| t | H | h | δ | ||||
 |
|||||||
| К | 2,4 | 4 | 2,35 | 1 | 355-2500 | 2-35 | 40 |
| Л | 4,8 | 9,5 | 4,85 | 2,5 | 1250-4000 | 4-20 | 80 |
| М | 9,5 | 16,7 | 10,35 | 3,5 | 2000-4000 | 4-20 | 180 |
Применяется при скорости: 35-40 м/с и передаточном числе n=10-15. Ремень выполняется бесконечным резиновым с клиновыми выступами на внутренней стороне и несущим слоем из кордшнура. Размеры ремней приведены в справочной таблице.
Основные размеры зубчатых ремней
| Модуль, мм | Ширина 6, мм | Число зубьев Zp |
| 1 | 3-12,5 | 40-160 |
| 1,5 | 3-20 | |
| 2 | 5-20 | |
| 3 | 12,5-50 | |
| 4 | 20-100 | 48-250 |
| 5 | 25-100 | 48-200 |
| 7 | 40-125 | 56-140 |
| 10 | 50-200 | 56-100 |
Круглоременная передача
применяется для передачи малых мощностей. В таком типе передач применяют кожаные, хлопчатобумажные, текстильные или прорезиненные ремни диаметром 4-8 мм. Шкив имеет канавку полукруглой или клиновидной формы с углом 40°.Зубчато-ременная передача применяется при скоростях 50 м/с и мощности до 100 кВт при передаточном числе n:12 (20). Ее преимущества: отсутствие скольжения, малые габариты, незначительное начальное натяжение. В соответствии с ОСТ 38 05246-81 ремни изготовляются замкнутой длины из неопрена или полиуретана и армируются металлическим тросом.
Зубья ремней имеют трапецеидальную или полукруглую форму. Во избежание схода ремня шкивы имеют по одному ограничительному диску с разных сторон либо малый шкив имеет два диска с обеих сторон.
Шкивы
для ременных передач изготовляются литыми, сварными или сборными. Материал и способ изготовления шкивов определяются максимальной скоростью ремня. Получают распространение шкивы из пластмассы и текстолита (при скорости вращения менее 25 м/с). Шкивы, работающие со скоростью более 5 м/с, подвергаются статической балансировке, а шкивы быстропроходных передач, особенно при значительной ширине - динамической балансировке. Величина допустимого дисбаланса приведена в справочной таблице.Дисбаланс шкивов
| Окружная скорость шкива, м/с | Допускаемый дисбаланс, г*м | Окружная скорость шкива, м/с | Допускаемый дисбаланс, г*м |
| от 5 до 10 | 6 | от 20 до 25 | 1-6 |
| от 10 до 15 | 3 | от 25 до 40 | 1,0 |
| от 15 до 20 | 2 | от 40 | 0,5 |
Дисбаланс устраняют засверливанием отверстий на торцах обода, наплавкой, креплением груза и другими способами. Нерабочие поверхности металлических шкивов должны быть окрашены.
Ременная передача - это механизм переноса энергии с помощью приводного ремня, использующего силы трения или зацепления. Величина передаваемой нагрузки зависит от натяжения, угла обхвата и коэффициента трения. Ремни огибают шкивы, один из которых ведущий, а другой - ведомый.
Достоинства и недостатки
Ременная передача имеет следующие положительные свойства:
- бесшумность и плавность в работе;
- не требуется высокая точность изготовления;
- проскальзывание при перегрузках и сглаживание вибраций;
- нет необходимости в смазке;
- небольшая стоимость;
- возможность ручной замены передачи;
- легкость монтажа;
- отсутствие поломок привода при обрыве ремня.
Недостатки:
- большие размеры шкивов;
- нарушение передаточного отношения при проскальзывании ремня;
- небольшая мощность.
В зависимости от вида ремень бывает плоским, клиновым, круглым и зубчатым. Этот элемент ременной передачи может объединять преимущества нескольких типов, например, поликлиновый.
Области использования
- Привод ременной передачи с плоским ремнем применяется на станках, пилорамах, генераторах, вентиляторах, а также везде, где требуется повышенная гибкость и допускается проскальзывание. Для высоких скоростей используются синтетические материалы, для меньших - кордтканевые или прорезиненные.
- Ременная передача с клиновыми ремнями применяется для сельскохозяйственной техники и автомобилей (вентиляторная), в тяжелонагруженных и высокоскоростных приводах (узкая и нормального сечения).
- Вариаторы нужны там, где скорость вращения промышленных машин регулируется бесступенчато.
- Приводы с зубчатыми ремнями обеспечивают наилучшие характеристики передач в промышленности и в бытовой технике, где требуются долговечность и надежность.
- Круглоременные применяются для малых мощностей.
Материалы
Материалы подбираются к условиям эксплуатации, где основное значение имеют нагрузка и тип. Они бывают следующими:
- плоские - кожаные, прорезиненные со сшивкой, цельнотканевые из шерсти, хлопчатобумажные или синтетические;
- клиновые - армирующий слой в центре с резиновой сердцевиной и тканая лента наружи;
- зубчатые - несущий слой из металлического троса, полиамидного шнура или стекловолокна в основе из резины или пластмассы.
Поверхности ремней покрываются тканями с пропиткой для повышения износостойкости.
Плоские ремни ременных передач
Типы передач бывают следующими:
- Открытые - с параллельными осями и вращением шкивов в одном направлении.
- Шкивы со ступенями - можно изменить обороты ведомого вала, при этом у ведущего они постоянные.
- Перекрестные, когда оси параллельны, а вращение происходит в разных направлениях.
- Полуперекрестные - оси валов скрещиваются.
- С натяжным роликом, увеличивающим угол обхвата шкива меньшего диаметра.
Ременная передача открытого типа применяется для работы при высокой скорости и с большим межосевым расстоянием. Высокие КПД, нагрузочная способность и долговечность позволяют использовать ее в промышленности, в частности для сельскохозяйственных машин.
Клиноременная передача
Передача характеризуется трапециевидным поперечным сечением ремня и соприкасающимися с ним поверхностями шкивов. Передаваемые усилия при этом могут быть значительными, но ее КПД - небольшой. Клиноременная передача отличается небольшим расстоянием между осями и высоким передаточным числом.
Зубчатые ремни
Передача применяется для высокой скорости при небольшом расстоянии между осями. Она обладает одновременно преимуществами ременных и цепных приводов: работа при высоких нагрузках и с постоянным передаточным отношением. Мощность 100 кВт может обеспечивать преимущественно зубчатая ременная передача. Обороты при этом являются очень высокими - скорость ремня достигает 50 м/с.
Шкивы
Шкив ременной передачи бывает литым, сварным или сборным. Материал выбирают в зависимости от оборотов. Если он изготовлен из текстолита или пластмассы, скорость составляет не более 25 м/с. Если она превышает 5 м/с, требуется статическая балансировка, а для быстроходных передач - динамическая.
В процессе работы у шкивов с плоскими ремнями происходит износ обода от проскальзывания, надлом, трещины, поломка спиц. В клиноременных передачах изнашиваются канавки на рабочих поверхностях, ломаются буртики, происходит разбалансировка.
Если вырабатывается отверстие ступицы, его растачивают, а затем запрессовывают втулку. Для большей надежности ее делают одновременно с внутренним и наружным шпоночными пазами. Тонкостенную втулку устанавливают на клей и крепят болтами через фланец.
Трещины и изломы заваривают, для чего шкив сначала разогревают для устранения остаточных напряжений.
При обтачивании обода под клиновидный ремень допускается, что частота вращения может изменяться до 5% от номинальной.
Расчет передач
Все расчеты для любых типов ремней основаны на определении геометрических параметров, тяговой способности и долговечности.
1. Определение геометрических характеристик и нагрузок. Расчет ременной передачи удобно рассмотреть на конкретном примере. Пусть нужно определить параметры ременного привода от электрического двигателя мощностью 3 кВт к токарному станку. Частоты вращения валов составляют, соответственно, n 1 = 1410 мин -1 и n 2 = 700 мин -1 .
Выбирается обычно узкий клиновой ремень как наиболее часто используемый. Номинальный момент на ведущем шкиве составляет:
T1 = 9550P 1: n 1 = 9550 х 3 х 1000: 1410 = 20,3 Нм.
Из справочных таблиц выбирается диаметр ведущего шкива d 1 = 63 мм с профилем SPZ.
Скорость ремня определяется так:
V = 3,14d 1 n 1: (60 х 1000) = 3,14 х 63 х 1410: (60 х 1000) = 4,55 м/с.
Она не превышает допустимую, которая составляет 40 м/с для выбранного типа. Диаметр большого шкива составит:
d2 = d 1 u х (1 - e y) = 63 х 1410 х (1-0,01) : 700 = 125,6 мм.
Результат приводится к ближнему значению из стандартного ряда: d 2 = 125 мм.
Расстояние между осями и длину ремня находят из следующих формул:
a = 1,2d 2 = 1,2 х 125 = 150 мм;
L = 2a + 3,14d cp + ∆ 2: a = 2 х 150 + 3,14 х (63 + 125) : 2 + (125 - 63) 2: (4 х 150) = 601,7 мм.
После округления до ближайшего значения из стандартного ряда получается окончательный результат: L= 630 мм.
Межосевое расстояние изменится, и его можно снова пересчитать по более точной формуле:
a = (L - 3,14d cp) : 4 + 1: 4 х ((L - 3,14d cp) 2 - 8∆ 2) 1/2 = 164,4 мм.
Для типовых условий передаваемая одним ремнем мощность определяется по номограммам и составляет 1 кВт. Для реальной ситуации ее надо уточнить по формуле:
[P] = P 0 K a K p K L K u .
После определения коэффициентов по таблицам получается:
[P] = 1 х 0,946 х 1 х 0,856 х 1,13 = 0,92 кВт.
Требуемое количество ремней определяется делением мощности электродвигателя на мощность, которую может передавать один ремень, но при этом еще вводится коэффициент С z = 0,9:
z = P 1: ([P]C z) = 3: (0,92 х 0,9) = 3,62 ≈ 4.
Сила натяжения ремня составляет: F 0 = σ 0 A = 3 х 56 = 168 H, где площадь сечения А находится по таблице справочника.
Окончательно нагрузка на валы от всех четырех ремней составит: F sum = 2F 0 z cos(2∆/a) = 1650 H.
2. Долговечность. В расчет ременной передачи входит также определение долговечности. Она зависит от сопротивления усталости, определяемого величиной напряжений в ремне и частотой их циклов (количество изгибов в единицу времени). От появляющихся при этом деформаций и трения внутри ремня происходят разрушения усталости - надрывы и трещины.
Один цикл нагрузки проявляется в виде четырехкратного изменения напряжений в ремне. Частота пробегов определяется из такого соотношения: U = V: l < U d ,
где V - скорость, м/с; l - длина, м; U d - допускаемая частота (<= 10 - 20 для клиновых ремней).
3. Расчет зубчатых ремней. Главным параметром является модуль: m = p: n, где p - окружной шаг.
Величина модуля зависит от угловой скорости и мощности: m = 1,65 х 10-3 х (P 1: w 1) 1/3 .
Поскольку он стандартизован, расчетная величина приводится к ближайшему значению ряда. Для высоких скоростей берутся повышенные значения.
Число зубьев ведомого шкива определяется по передаточному числу: z 2 = uz 1 .
Межосевое расстояние зависит от диаметров шкивов: a = (0,5...2) х (d 1 + d 2).
У ремня число зубьев будет равно: z p = L: (3,14m), где L - ориентировочная расчетная длина ремня.
После выбирают ближнее стандартное число зубьев, затем определяют точную длину ремня из последнего соотношения.
Нужно также определить ширину ремня: b = F t: q, где F t - окружная сила, q - удельное натяжение ремня, выбираемое по модулю.
Нагрузка на валы составит: R = (1...1,2) х F t .
Заключение
Работоспособность ременных передач зависит от типа ремней и условий их эксплуатации. Правильный расчет позволит выбрать надежный и долговечный привод.
Теоретические основы расчета являются общими для всех типов ремней.
Критерии работоспособности и расчета. Основными критериями работоспособности ременных передач являются: тяговая способность, определяемая силой трения между ремнем и шкивом, долговечность ремня, которая в условиях нормальной эксплуатации ограничивается разрушением ремня от усталости.
В настоящее время основным расчетом ременных передач является расчет по тяговой способности. Долговечность ремня учитывают при расчете путем выбора основных параметров передачи в соответствии с рекомендациями, выработанными практикой.
Кинематические параметры. Окружные скорости на шкивах
; 
.
Учитывая упругое скольжение ремня, можно записать или
,
где - коэффициент скольжения. При этом передаточное отношение
В дальнейшем показано, что величина зависит от нагрузки, поэтому в ременной передаче передаточное отношение не является строго постоянным. При нормальных рабочих нагрузках 0,01. ..0,02. Небольшая величина позволяет приближенно принимать
