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.
Просмотр: эта статья прочитана 23721 раз
Pdf Выберите язык... Русский Украинский Английский
Краткий обзор
Полностью материал скачивается выше, предварительно выбрав язык
Механизмы с гибкими звеньями
Для передачи движения между сравнительно далеко расположенными друг от друга звеньями применяют механизмы, в которых усилие от ведущего звена к ведомому передается с помощью гибких звеньев. Передачи с гибкими звеньями применяются в качестве силовых в машинах общего и специального машиностроения (при мощностях до 50 кВт, передаточных чисел до 10, при окружных скоростях до 30 м/с), а также в приборах и аппаратах точной механики (для устройств вычерчивания кривых, регистрирующих приборов, шкальных механизмов и т.п.).
В качестве гибких звеньев применяются: ремни, шнуры, канаты разных профилей, провод, стальная лента, цепи различных конструкций.
Передачи с гибкими звеньями могут обеспечивать постоянное и переменное передаточное отношения со ступенчатым или плавным изменением его величины.
Для сохранности постоянства натяжения гибких звеньев в механизмах применяются натяжные устройства: натяжные ролики и пружины, противовесы и т.п.
Виды передач:
1 По способу соединения гибкого звена с остальными:
фрикционные;
- с непосредственным соединением;
- с зацеплением.
2 По взаимному расположению валов и направлению их вращения:
- открытые;
- перекрестные;
- полуперекрестные.
Ременные передачи
Принцип действия и классификация
Передача состоит из двух шкивов, закрепленных на валах, и ремня, охватывающего эти шкивы. Нагрузки передается за счет сил трения, возникающих между шкивами и ремнем вследствие натяжения последнего.
В зависимости от формы поперечного перереза ремня различают передачи:
- плоскоременную;
- клиноременную;
- круглоременную.
Преимущества:
- возможность передачи движения на значительные расстояния (до 15 м и более);
- плавность и бесшумность работы;
- защита механизмов от колебаний нагрузки вследствие упругости ремня;
- защита механизмов от перегрузки за счет возможного проскальзывания ремня;
- простота конструкции и эксплуатации (передача не требует смазки).
Недостатки:
- повышенные габариты (при равных условиях диаметры шкивов в 5 раз больше диаметров зубчатых колес);
- непостоянство передаточного отношения вследствие проскальзывание ремня;
- повышенная нагрузка на валы и их опоры, связанное с большим предварительным натяжением ремня (в 2-3 раза больше, чем у зубчатых передач);
- низкая долговечность ремней (1000-5000 часов).
Область применения
Ременные передачи применяют преимущественно в тех случаях, когда по условиям конструкции валы расположены на значительных расстояниях. Передача передает мощность до 50 кВт. В комбинации с зубчатой передачей ременную передачу устанавливают на быстроходную степень, как менее нагруженную.
В современном машиностроении наибольшее распространение имеют клиновые ремни. Применение плоских ремней старой конструкции сократилось. Плоские ремни новой конструкции (клепочные из пластмасс) получают распространение в высокоскоростных передачах. Круглые ремни применяются только для малых мощностей: в приборах, бытовых машинах и т.п.
В случае отсутствия устройства автоматического натяжения ремень вытягивается, возникает проскальзывание.
Силы в зацеплении
- сила натяжения рабочей ветви;
- сила натяжения холостой ветви;
- окружная сила;
- сила предварительного натяжения;
- центробежная сила;
- сила от изгиба ремня.
Критерии трудоспособности и расчета ременных передач:
- тяговая способность, обусловленная силой трения между ремнем и шкивом;
- долговечность ремня, который ограничивается разрушением ремня от усталости.
Основным расчетом ременных передач является расчет по тяговой способности. Долговечность ремню учитывается при расчетах путем выбора основных параметров передачи согласно рекомендациям.
Тяговая способность передачи характеризуется значением максимально допустимой окружной силы или полезного напряжения. Допустимое из условия отсутствия буксования напряжения увеличивается с увеличением напряжения предварительного натяжения, однако на практике это приводит к снижению долговечности ремня.
Влияние напряжения от центробежных силдля наиболее распространенных на практике среднескоростных (V< 20 м/с) и тихоходных (V< 10 м/с) передач незначительный.
Увеличение напряжений изгиба не оказывает влияния на повышение тяговой способности передачи, больше того, они, периодически изменяются, что является главной причиной разрушения ремней от усталости. Поэтому на практике ограничивают минимально допустимые значениями отношения.
Долговечность ремня зависит также от характера и частоты цикла изменения напряжений.
Снижение долговечности при увеличении частоты пробегов связано не только с усталостью, но и с термостойкостью ремня. В результате гистерезисных потерь при деформации ремень нагревается с увеличением частоты пробегов. Перегрев ремня приводит к снижению прочности.
Практика эксплуатации устанавливает, что при соблюдении рекомендаций по выбору основных параметров передачи средняя долговечность ремней составляет 2000...3000 часов.
Скольжение в ременной передаче
Исследования М. Е. Жуковского показали, что в ременных передачах имеют место два вида скольжения:
- упругое скольжение, существующее при любой нагрузке;
- буксование, возникающее при перегрузке. Упругое скольжение является причиной непостоянства передаточного отношения и увеличения затрат на трение.
Клиноременная передача
Клиноременная передача имеет преобладающее применение из-за увеличения тяговой способности вследствие повышения трения, при этом сцепление со шкивом увеличивается приблизительно в 3 раза. Ремень имеет клиновую форму поперечного перереза и располагается в соответствующих канавках. Для уменьшения напряжений изгиба применяют несколько ремней. Клиновые ремни изготовляют в виде замкнутой бесконечной ленты.
Способы натяжения ремней
Величина силы предварительного натяжения ремней существенно влияет на долговечность, тяговую способность и КПД передачи. Большинство ременных передач работают при переменной нагрузке, расчет при этом выполняется по максимальному значению нагрузки, которая при постоянном значении снижает долговечность и КПД в периоды недогруженности передачи. В этом случае целесообразна конструкция, в которой натяжения ремня автоматически изменяется с изменением нагрузки.
Постоянное натяжение ремня поддерживается в конструкции, в которой натяжения обеспечивается массой электродвигателя, установленного на качающейся плите, а также при применении натяжных роликов.
Периодическое подтягивание ремней может обеспечиваться с помощью винта или подобного устройства, способного перемещать двигатель по полозкам плиты.
Формат: pdf
Размер: 900КВ
Язык: русский, украинский
Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи
Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи. Выполнен выбор материала, расчет допускаемых напряжений, расчет на контактную и изгибную прочность.
Пример решения задачи на изгиб балки
В примере построены эпюры поперечных сил и изгибающих моментов, найдено опасное сечение и подобран двутавр. В задаче проанализировано построение эпюр с помощью дифференциальных зависимостей, провелен сравнительный анализ различных поперечных сечений балки.
Пример решения задачи на кручение вала
Задача состоит в проверке прочности стального вала при заданном диаметре, материале и допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры крутящих моментов, касательных напряжений и углов закручивания. Собственный вес вала не учитывается
Пример решения задачи на растяжение-сжатие стержня
Задача состоит в проверке прочности стального стержня при заданных допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры продольных сил, нормальных напряжений и перемещений. Собственный вес стержня не учитывается
Применение теоремы о сохранении кинетической энергии
Пример решения задачи на применение теоремы о сохранение кинетической энергии механической системы
Определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения
Пример решение задачи на определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения
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.
Современная промышленность, машиностроение и прочие отрасли применяют в своей работе разнообразные механизмы. Они обеспечивают работу агрегатов, транспортных средств, моторов и т. д. Одним из востребованных, часто применяемых устройств является клиноременная передача .
Представленный механизм включает в себя несколько категорий конструкций. Они отличаются геометрическими параметрами, назначением, подходом к выполнению возложенных на механизм задач. Что собой представляют представленные приборы, будет рассмотрено далее.
Общая характеристика
предполагает использование особого способа приведения в действие всего механизма. При этом применяется энергия, производимая в процессе вращательного момента. Это обеспечивает ременная передача. Она использует механическую энергию, которую впоследствии передает другому механизму.
Такая конструкция состоит из ремня и минимум двух шкивов. Первый из названных конструкционных элементов изготавливается чаще всего из резины. Ремень клиноременной передачи изготавливается из материала, который прошел специальную обработку. Это позволяет представленному элементу быть устойчивым к средним и небольшим механическим воздействиям, повышенным температурам.
Среди ременных передач клиноременная является самой востребованной. Эту конструкцию сегодня достаточно часто применяют при производстве автомобилей, а также прочих разновидностей транспортных средств.
Особенности конструкции
Конструкция представленной разновидности передачи механической энергии включает в себя клиноременные шкивы и ремень. Последний из этих элементов обладает клинообразной формой. Шкивы выполнены в виде дисков из металла. Они имеют ответвления, равномерно распределенные по окружности. Они удерживают ремень в требуемом положении на поверхности шкивов.
Лента может быть двух типов. Она может иметь зубья или обладает абсолютно гладкой поверхностью. Выбор зависит от назначения механизма. Раньше представленная конструкция применялась во многих системах различных категорий транспортных средств.
Сегодня представленный тип передачи механической энергии применяется в водяных насосах и генераторах машин. В тяжелой автомобильной технике подобная система устанавливается с целью приведения в движение гидроусилителей руля. Эта система обладает гидронасосом. Именно в нем используется подобная конструкция. Также клиноременные передачи устанавливают в компрессорах воздушного типа. Они предназначены для усилителей системы тормозов транспортного средства.
Требования к элементам конструкции
Обладают относительно небольшой толщиной. Это позволяет значительно сократить габариты, занимаемые системой. Однако этот факт требует особого подхода к организации геометрии шкива. Чтобы лента с него не соскакивала, внешняя поверхность дисков имеет специальные канавки. Они удерживают ремень в пазах.
Размер самого шкива подбирается в соответствии с передаточным соотношением. Если необходимо создать ведомый шкив будет больше ведущего элемента конструкции. Существует и обратное соотношение.
При изготовлении ленты ремня применяются специальные мягкие материалы, которые не должны терять своих эксплуатационных качеств при любых погодных условиях. В мороз и жару ремень остается гибким. Именно по этой причине не допускается установка вместо специальной ленты иного материала. Это приведет к поломке агрегата.
Разновидности
Может быть выполнена в нескольких конфигурациях. Различают несколько популярных типов представленных механизмов. Одной из самых простых является открытая система. Шкивы при этом вращаются в одном направлении, оси перемещаются параллельно.
Если же диски будут двигаться в противоположные стороны при сохранении параллельности полос, появляется перекрестная разновидность системы. Если же оси перекрещиваются, это будет полуперекрестная разновидность.
Если оси пересекаются, возникает угловая передача. Она применяет ступенчатые шкивы. Такая конструкция позволяет влиять на скорость под углом ведомого вала. Скорость ведущего шкива при этом остается постоянной.
Передача с холостым шкивом позволяет прекратить движение ведомого шкива при продолжении вращения ведущего вала. Передача с натяжным роликом способствует самостоятельному натяжению ремня.
Ремень
Относятся к категории тяговых элементов конструкции. Он должен обеспечить отдачу требуемой энергии без пробуксовки. Лента должна обладать повышенной прочностью, износоустойчивостью. Полотно должно хорошо сцепляться с внешней поверхностью дисков.
Ширина ремней может значительно отличаться. При изготовлении применяются прорезиненные хлопчатобумажные, шерстяные материалы, кожа. Выбор зависит от условий эксплуатации техники.
Лента может быть выполнена из кордткани или кордшнура. Это наиболее надежные, гибкие и быстроходные разновидности.
Современное машиностроение сегодня часто применяет Их еще называют полиамидными. На их поверхности предусмотрено 4 выступа. Они сцепляются с соответствующими элементами на шкивах. Они хорошо себя зарекомендовали в высокоскоростных передачах, механизмах с небольшим расстоянием между шкивами.
Расчетный диаметр шкива
Начинают с определения диаметра шкива. Для этого необходимо взять два ролика цилиндрической формы. Диаметр их составляет величину Д. Это значение устанавливается для каждого размера сечения канавки. При этом контакт роликов проходит на уровне диаметра.
Два ролика представленного типа необходимо поместить в канавку. Поверхности должны соприкоснуться. Между касательными плоскостями, которые образуют ролики, необходимо замерять расстояние. Они должны проходить параллельно относительно шкива.
Для расчета диаметра диска применяется особая формула. Она выглядит так:
Д = РК - 2Х, где РК - расстояние, которое замеряется между роликами, мм; Х - расстояние от диаметра диска до касательной, подходящей к ролику (проходит параллельно оси диска).
Расчет передачи
Производится по установленной методике. При этом определяется показатель передаваемой мощности механизма. Она рассчитывается по следующей формуле:
М = Мном. * К, где Мном. - номинальная мощность, которую потребляет привод при работе, кВт; К - коэффициент динамической нагрузки.
При проведении расчетов во внимание берется показатель, вероятность распределения которого в стационарном режиме составляет не более 80%. Коэффициент нагрузки и режима представлены в специальных таблицах. При этом можно определить скорость для ремня. Она будет составлять:
СР = π * Д1 * ЧВ1/6000 = π * Д2 * ЧВ2/6000, где Д1, Д2 - диаметр меньшего и большего шкива (соответственно); ЧВ1, ЧВ2 - частота вращения меньшего и большего диска. Диаметр меньшего шкива не должен превышать расчетную предельно допустимую скорость ремня. Она составляет 30 м/с.
Пример расчета
Чтобы вникнуть в методику расчета, необходимо рассмотреть технологию проведения этого процесса на конкретном примере. Допустим, необходимо определить передаточное число клиноременной передачи. При этом известно, что мощность ведущего диска составляет 4 кВт, а его скорость (угловая) равняется 97 рад./с. При этом ведомый шкив имеет этот показатель на уровне 47,5 рад./с. Диаметр меньшего шкива составляет 20 мм, а большего - 25 мм.
Чтобы определить передаточное отношение, необходимо брать в расчет ремни с нормальным показателем сечения, изготовленные из кордткани (размер А). Расчет выглядит так:
ПЧ = 97/47,5 = 2,04
Определив по таблице диаметр шкивов, было установлено, что меньший вал имеет рекомендуемый размер 125 мм. Больший вал при скольжении ремня 0,02 будет равен:
Д2 = 2,04*1,25(1-0,02) = 250 мм
Полученный результат полностью соответствует требованиям ГОСТа.
Пример расчета длины ремней
Длина ремня клиноременной передачи также может быть определена при использовании представленного расчета. Сначала нужно рассчитать расстояние между осями дисков. Для этого применяется формула:
Отсюда можно найти расстояние между валами:
Д = (2*300 + (250-125)²+1,57(250+125))/4*300 = 120,5 см
Внутренняя длина ремня при размере А согласно ГОСТу равняется 118 см. При этом расчетная длина ленты должна составлять 121,3 см.
Расчет эксплуатации системы
Определяя размеры клиноременной передачи, необходимо рассчитать основные показатели ее эксплуатации. Для начала необходимо установить скорость, с которой будет вращаться лента. Для этого применяется определенный расчет. Данные для него были приведены выше.
С = 97 * 0,125 / 2 = 6,06 м/с
При этом шкивы будут вращаться с различной скоростью. Меньший вал будет оборачиваться с таким показателем:
СВм = 30 * 97 / 3,14 = 916 мин - ¹
Исходя из представленных расчетов в соответствующих справочниках, определяется предельная мощность, которую можно передать при использовании представленного ремня. Этот показатель равняется 1,5 кВт.
Чтобы проверить материал на долговечность, необходимо произвести простой расчет:
Э = 6,06/1,213 = 5.
Полученный показатель допустим ГОСТом, по которому изготавливается представленный ремень. Его эксплуатация будет достаточно продолжительной.
Недостатки конструкции
Применяется во многих механизмах и агрегатах. Эта конструкция имеет массу достоинств. Однако у нее есть и целый перечень недостатков. Они отличаются большими размерами. Поэтому не для всех агрегатов подходит представленная система.
При этом ременная передача отмечена малой несущей способностью. Это влияет на эксплуатационные характеристики всей системы. При использовании даже самых современных материалов срок эксплуатации ремня оставляет желать лучшего. Он стирается, разрывается.
Передаточное число является величиной непостоянной. Это связано со скольжением ремня плоской формы. На валы при использовании представленной конструкции оказывается высокое механическое воздействие. Также нагрузка действует на их опоры. Это обусловлено необходимостью натягивать предварительно ремень. При этом применяются дополнительные элементы в конструкции. Они гасят колебания линии, удерживая полосу на поверхности шкивов.
Положительные стороны
Обладает массой достоинств, поэтому ее сегодня применяют в различных агрегатах достаточно часто. Подобная конструкция обеспечивает высокую плавность работы. Система функционирует практически бесшумно.
При неточностях при установке шкивов это отклонение компенсируется. Это особенно заметно по углу перекрещивания, который определяется между дисками. Нагрузка компенсируется в процессе проскальзывания ремня. Это позволяет несколько продлить срок эксплуатации системы.
Передача ременного типа компенсирует пульсации, которые возникают при работе двигателя. Поэтому можно обойтись без установки упругой муфты. Чем проще конструкция, тем лучше.
Смазывать представленный механизм не потребуется. Экономия проявляется в отсутствии необходимости приобретать расходные материалы. Шкивы и ремень можно легко заменить. Стоимость представленных элементов остается приемлемой. Смонтировать систему просто.
При использовании этой системы получается создать регулируемое передаточное отношение. Механизм имеет возможность работать на высоких скоростях. Даже при обрыве ленты остальные элементы системы остаются целыми. Валы при этом могут находиться на значительном удалении друг от друга.
Рассмотрев, что собой представляет клиноременная передача, можно отметить ее высокие эксплуатационные характеристики. Благодаря этому, представленную систему сегодня используют во многих агрегатах.
Ременная передача (рис. 4.58, а) состоит из ведущем и ведомом шкивов, соединенных ремнем (ремнями), надетым на шкивы с натяжением. Вращение ведущего шкива передастся к ведомому благодаря трению, развиваемому между привод-
Рис. 458
ным ремнем и шкивами или зацеплением (зубчато-ременная передача).
Преимущества: возможность осуществления передачи между валами, расположенными на значительном расстоянии; плавность и бесшумность работы; защита от перегрузок связана со способностью ремня передать лишь определенную нагрузку, свыше которой происходит буксование (скольжение) ремня но шкиву; небольшая стоимость и легкость ухода за передачей.
Недостатки: большие габаритные размеры; непостоянство передаточного отношения из-за проскальзывания ремня; повышенные силы давления па валы и подшипники, так как суммарное натяжение ветвей ремня значительно больше окружной силы передачи; малая долговечность ремней и необходимость предохранения их от попадания масла; необходимость устройств для натяжения ремней.
В большинстве случаев ременные передачи применяют для передачи мощностей 0,3–50 кВт: КПД для плоскоременной передачи в = 0,96, а для клиноременной в = 0,95.
По форме поперечного сечения приводные ремни передач трением делятся на плоские (рис. 4.586), клиновые (рис. 4.58,в), поликлиновые (рис. 4.58, г), круглые (рис. 4.58, д) и др.
Соответственно по форме поперечного сечения ремня различают плоскоременные, клиноременные, поликлиновые и круглоременные передачи.
Материалы и конструкции ремней. Приводной ремень должен обладать определенной тяговой способностью (способностью передавать заданную нагрузку без буксования) и потребной долговечностью. Тяговая способность ремня обеспечивается надежным сцеплением его со шкивами, что определяется высоким коэффициентом трения между ними. Долговечность ремня зависит от возникающих в нем напряжений изгиба и частоты циклов нагружений. Но материалу и конструкции различают несколько типов ремней.
Плоские ремни. К стандартным плоским ремням относятся прорезиненные тканевые, кожаные, хлопчатобумажные цельнотканые и шерстяные. Концы плоских ремней можно соединять (сшивкой, склеиванием, металлическими скрепками), а в быстроходных передачах используются бесшовные (бесконечные).
Клиновые ремни. Их изготовляют трех типов: нормального сечения, узкие и широкие для вариаторов. Ремни нормального сечения – основные в общем машиностроении. В соответствии с ГОСТом эти ремни изготовляют семи различных по размерам сечений: О, А, Б, В, Г, Д и Е. Допускаемая максимальная скорость для профилей О, А, Б, В – до 25 м/с, для Г, Д и Е – до 30 м/с. Сечения ремней увеличиваются от О к Е. Клиновые ремни получили наиболее широкое применение в промышленности.
Поликлиновые ремни . По конструкции они подобны клиновым. В тонкой плоской части их (см. рис. 4.58 и 4.59, а) помещаются высокопрочный шнуровой корд из вискозы, стекловолокна или лавсана и несколько слоев диагонально расположенной ткани, придающей ремню большую поперечную жесткость. Поликлиновые передачи – самые компактные из всех ременных передач и могут работать со скоростью v ≤ 40 м/с.
Зубчатые ремни (рис. 4.59, б). Они сочетают преимущества плоских ремней и зубчатых зацеплений. На рабочей поверхности ремней делают выступы (зубья), которые входят в зацепление с выступами (зубьями) на шкивах. Зубчатые ремни устанавливают без предварительного натяжения. Они работают бесшумно без проскальзывания и имеют постоянное передаточное отношение. По сравнению с обык-
Рис. 4.59
новенной ременной передачей трением зубчатоременные значительно компактнее и имеют более высокий КПД.
Материалы и конструкции шкивов. Шкивы ременных передач изготовляют из чугуна, стали, легких сплавов, пластмасс и дерева. Наружная часть шкива, на которой устанавливают ремень (ремни), называется ободом, а центральная часть, насаживаемая на вал, называется ступицей. Обод со ступицей соединяется диском или спицами.
Кинематика, геометрия и силы в ременных передачах. Схема нагружения ремня приведена на рис. 4.60, где– угол обхвата ремнем шкива; а – межосевое расстояние;– дуга скольжения, на которой наблюдается упругое скольжение.
Сила натяженияведущей ветви 3 ремня, сбегающей с ведомого шкива 2 во время работы передачи, больше силы натяжениясто ведомой ветви 1, набегающей на ведомый шкив 2. Из распределения сил в поперечных сечениях ремня следует, что на ведущем шкиве 1 сила натяжения постепенно уменьшается, а на ведомом 2 – увеличивается. Разные натяжения ведущей и ведомой ветвей ремня вызывает упругое скольжение ремня на шкивах.
Окружные скорости (м/с) ведущего г;} и ведомого v 2 шкивов определяют по формулам
где– частота вращения, об/мин;– диаметр ι-го шкива, мм.
Вследствие упругого скольжения ремня на шкивах на ведущем шкиве окружная скоростьбольше окружной скорости на ведомом:
Рис. 4.60
где– коэффициент упругого скольжения. Упругое проскальзывание лежит в пределахи увеличивается с ростом нагрузки.
Передаточное отношение ременной передачи с учетом проскальзывания определяется следующим образом:
Обычно передаточное отношение выбирают не более 4–5. Диаметр меньшего шкива плоскоременной передачи , где– мощность, кВт;– частота вращения ведущего шкива, об/мин.
Диаметр большего шкива как для плоскоременной, так и для клиноременной передачи равен . Угол обхвата ремнем меньшего шкива
где– межосевое расстояние передачи, мм.
Рекомендуют принимать для плоскоременной передачи и для клиноременной. С уменьшением уменьшается сцепление шкива с ремнем. Межосевое расстояние ременной передачи а определяется конструкцией машины или ее привода,
Длина ремней передачи вычисленное L согласовывают со стандартами для ремней.
Окружная сила на шкивах определяется передаваемой нагрузкой, Н:
где– расчетный вращающий момент, II ∙ м;– диаметр шкива, мм.
Окружная сила равна разности натяжений ветвей ремня
Для нормальной работы необходимо обеспечи ть предварительное натяжения ремня
где Л – площадь поперечного сечения ремня плоскоременной передачи или площадь поперечного сечения всех ремней клиноременной передачи;– нормальное напряжение от предварительного натяжения ремня. С ростомнагрузочная способность передачи увеличивается.
Предварительное напряжениев ремне принимают для плоских стандартных ремней МПа; для клиновых стандартных ремней МПа; для полиамидных ремней МПа.
Сумма натяжений ведущейи ведомойветвей ремня
Из системы двух уравнений (4.86) и (4.87) получаем выражения
Передаваемая нагрузка jзависит от силы трения между ремнем и шкивом. Эту связь при максимальном значении, исключающим пробуксовки, определяют по формуле Эйлера:
где– коэффициент трения;– угол между ветвями ремня.
Наибольшие напряжения возникают в ведущей ветви ремня. Нормальное напряжение в ремне от действия силы