Ременные передачи

Ременные передачи.

Это передача трением с гибкой связью. Она состоит из ведущего  и ведомого  шкивов  и ремня, надетого на шкивы с предварительным натяжением.

  Достоинства:

1. простота конструкции, эксплуатации и малая стоимость;

2. возможность передачи движения на значительные расстояния (до 15м);

3. возможность работы с высокими частотами вращения;

4. плавность и бесшумность работы;

Рекомендуемые материалы

5. смягчение вибраций и толчков вследствие упругости ремня;

6. предохранение механизмов от перегрузки за счет возможного проскальзывания ремня.

Недостатки:

1. большие радиальные размеры при больших мощностях;

2. малая долговечность ремня в высокоскоростных передачах;

3. большие нагрузки на валы и подшипники из-за необходимости предварительного напряжения ремня;

4. непостоянство передаточного отношения вследствие неизбежного упругого скольжения ремня.

Применение:

Мощность  обычно до 50кВт, но может достигать 2000кВт и более. Скорость ремня   , а в высокоскоростных до  и выше.

Приводы металлорежущих станков, конвейеров, транспортных и дорожных, строительных, сельхозмашин и др., там, где   может быть не строго постоянным.

Конструкция и материалы ремней.

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

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

Плоские ремни отличаются большой гибкостью из-за малого отношения толщины к ширине ремня.

    Наиболее перспективны синтетические ремни, ввиду их высокой прочности и долговечности. Несущий слой выполнен из капроновой ткани, полиэфирных нитей. Материал фрикционного слоя – полиамид и каучук.

Кордтканевые ремни имеют несущий слой из двух слоев обрезиненной вискозной ткани.

Клиновые ремни имеют трапециевидное поперечное сечение.

 Ремни работают на шкивах с канавками соответствующего профиля. Контакт только оп боковым(рабочим ) поверхностям ремней и боковыми гранями канавок шкивов. Между внутренней поверхностью ремня и дном канавки шкива должен быть зазор.

Состоят из несущего слоя – корда 1 на основе  материалов из химволокон (кордшнур или кордткань), ремней 2 и оберточной ткани 3, свулканезированных  в одно целое. Клиновые ремни выпускают бесконечными. Перспективными являются ремни без обвертки 3(больше ).

Основные размеры: расчетная ширина  и расчетная длина  по нейтральному слою, расположенному  на расстоянии   от большего основания трапеции. В зависимости от отношения  стандартные клиновые ремни изготавливают  нормального , узкого    и широкого   сечений.

Клиновые ремни нормального сечения обозначают (в порядке увеличения поперечного сечения) Z,A,B,C,D,E. Из-за большой массы их скорость ограничена (до 30м/с).

Клиновые ремни узких сечений изготавливают четырех сечений SPZ,SPA,SPB,SPC. Хорошо работают при скорости до 50м/с.

Широкие клиновые ремни предназначены для вариаторов.

Поликлиновые ремни – бесконечные плоские ремни с продольными ребрами – клиньями входящими в кольцевые клиновые канавки на шкивах. Кард 1 высокопрочного полиэфирного шнура расположен в тонкой плоской части. Резина 2 над кардом по краям ребер защищена оберткой 3. Изготавливают ремни  трех сечений (в порядке увеличения высоты  ремня, высоты ребра , шага  ): К,Л и М. Размер   определяет положение нейтрального слоя.

Поликлиновые ремни сочетают достоинства плоских(гибкость) и клиновых(высокая тяговая способность). При одинаковой передаваемой мощности  ширина  поликнинового  ремня существенно меньше комплекта клиновых ремней нормальных сечений. Поликлиновые передачи применяют при мощностях до 1000кВт. Однако они чувствительны к осевому смещению шкивов и отклонению от параллельности осей валов.

Круглые ремни выполняют из резины диаметром 3…12 мм, используются для передачи небольших мощностей в приборах и бытовой технике.

Силы в передаче.

Для создания трения между ремнем и шкивом ремню создают дополнительное натяжение силой  . Чем больше   , тем выше тяговая способность передачи.

В состоянии покоя или холостом ходу (вращение без передачи полезной нагрузки) каждая ветвь ремня натянута одинаково с силой  .

При приложении вращающего момента  , происходит перераспределение сил натяжения ремня ВЩ ветвь дополнительно натягивается до силы  , а ВМ – уменьшается  до  . Из условия равновесия моментов относительно оси вращения:

  - окружная сила на шкиве.

Общая геометрическая длина ремня не зависит от нагрузки и во время работы остается неизменной.

Дополнительное упругое удлинение ВЩ под действием    компенсирует равное сокращение ведомой ветви под действием силы  .

Следовательно, несколько вырастает сила натяжения ВЩ, настолько же снижается ВМ, т.е.

             и     

Или

  

Решая совместно (2) и (3), получим

При обегании ремнем шкивов на него действует центробежная сила

 - площадь сечения ремня,

  - плотность материала,

 - скорость ремня.

Сила  отбрасывает ремень от шкива понимая при этом  и нагрузочную способность                      .

Нагрузка на валы и подшипники.

Силы натяжения ветвей ремня передаются на шкивы, валы и подшипники.   

В покое  ветви нагружены силами  .

α ₁– угол обхвата

180⁰ - α ₁  - угол между векторами;

Из   и   

Следовательно 

При передаче ремнем полезной нагрузки и без учета центробежных сил

Обычно сила   в 2…3 раза больше   , что является серьезным недостатком ременных передач.

Напряжение в ремне.

При работе ременной передачи напряжения в ремне распределены неравномерно.

Различают следующие виды напряжения в ремне:

1. Напряжения  от силы предварительного натяжения

           

где   - площадь поперечного сечения ремня.

2. Полезное напряжение .

     

т.к.  , то    , пока не сказывается действие центробежных сил(без учета центробежных сил).

Напряжения: 

                                    

Значением  оценивают тяговую способность ремней передачи.

3. Напряжение изгиба   возникает при огибании ремнем шкивов.

По закону Гука   , где    - относительное удлинение волокон на наружной стороне ремня при изгибе. Тогда   ,  - модуль продольной упругости материала ремня,  - расстояние от нейтральной линии до опасных волокон, с которых начинается разрушение ремня,   - расчетный диаметр (для плоских ремней – нагруженная поверхность шкива, клиновых, поликлиновых и круглых – диаметр окружности нейтральной линии ремня).

Напряжение изгиба, изменяясь по отнулевому циклу, является главной причиной усталостного разрушения ремня. На тяговую способность передачи оно не влияет.

4. Напряжение от центробежной силы  

             

при   влияние    на работоспособность передачи несущественно.

Наибольшее напряжение   .   обычно значительно превышают все другие составляющие   . 

  действует в поперечном сечении ремня в месте его набегания на малый шкив и сохраняют свое значение на всей дуге покоя.

Скольжение ремня по шкивам.

Различают два вида скольжения : упругое и буксирование.

Упругое скольжение. В процессе обегания ремнем ведущего шкива сила его натяжения уменьшается от   до  .

Т.к. деформация ремня пропорциональна силе натяжения, то при уменьшении силы натяжения ремень под действием силы упругости укорачивается, преодолевая силы трения в контакте со шкивом. При этом ремень отстает от шкива – возникает упругое скольжение ремня по шкиву. На ведомом шкиве также происходит скольжение, но здесь сила натяжения возрастает  от   до   , ремень удлиняется, опережает шкив.

Упругое скольжение происходит не на всей дуге обхвата  , а лишь не ее части – дуге скольжения  , которая расположена со стороны сбегания ремня со шкива.

Скорости   и  прямолинейных участков ремня равны окружным скоростям шкивов, на которые они набегают. Потерю скорости   определяет скольжение на ведущем шкиве, где направление скольжения не совпадает с направлением вращения шкива(стрелки на дуге  ).

Упругое скольжение ремня неизбежно, оно возникает в результате разности    .

Упругое скольжение приводит к потере скорости, а следовательно и мощности, а также нагревает и изнашивает ремень.

Упругое скольжение характеризуется коэффициентом скольжения:

  или 

При нормальном режиме работы  .

По мере роста окружной силы   уменьшается дуга покоя. При некотором значении      , т.е. дуга скольжения становиться равной дуге обхвата и ремень скользит по шкиву по всей поверхности касания его со шкивом, т.е. буксует. Передача – неработоспособна.

Основным расчетом ременных передач является расчет по тяговой способности, обеспечивающий одновременно  и прочность ремней, и передачу ими требуемой нагрузки.

Тяговая способность ременной передачи обусловлена сцеплением ремня со шкивом.

  Тяговую способность определяют экспериментально, строя кривые скольжения и КПД. На их базе разработан метод расчета ременных передач. При   устанавливают связь  между силой  и относительным скольжением  . По оси абсцисс откладывают относительную нагрузку, выраженную через коэффициент тяги  :

 

По оси ординат – коэффициент скольжения  .

При возрастании коэффициента тяги от 0  до  , называется критическим, наблюдается только упругое скольжение ремня по шкиву. Этот участок характеризует устойчивую работу передачи. При дальнейшем увеличении коэффициента тяги  от  до   наблюдается как упругое скольжение, так и пробуксовывание. Работа становится неустойчивой.

При       достигает значения  максимальной силы трения  и   , наступает полное буксование ремня на ведущем шкиве.

КПД складывается из потерь на упругий гистерезис,  скольжение ремня по шкивам, трение в опорах.

Наибольшая доля потерь на гистерезис при изгибе, они не связаны с величиной нагрузки. Поэтому КПД при малых нагрузках не высок. Он достигает максимума при  , затем падает, т.к. добавляются потери на буксование.

Расчет передач.

Ведут по тяговой способности с использованием кривых скольжения.

Допускаемая окружная сила или мощность:

  

Значения  установлены экспериментально для плоских ремней   для клиновых и поликлиновых    .

Или определяют по кривым скольжения допускаемую приведенную мощность   или  передаваемую единицей ширины ремня или одним клиновым ремнем (одним клином поликлина) в зависимости от диаметра малого шкива и скорости ремня в условиях типовой передачи: при угле обхвата  , передаточном числе  , спокойной нагрузке  и базовой длине ремня  .

В реальных условиях эксплуатации допускаемая мощность, передаваемая единицей длины (одним клином) равна:

Где  - коэффициент, учитывающий влияние на тяговую способность угла обхвата. С уменьшением  от 180⁰ до 110⁰    изменяется от  1 до 0.76    - тяговая способность понижается.

 - коэффициент, учитывающий влияние на долговечность длины ремня в зависимости от отношения   (косвенно учитываем частоту пробегов ремня).

  - коэффициент передаточного числа, учитывает меньшие напряжение изгиба в ремне  на большем шкиве   при  .

  - коэффициент динамичности нагрузки и режима работы .

Ширина ремня:

               - для плоского ремня.

Число клиновых ремней в комплекте или число клиньев поликлиновых ремней передачи для обеспечения среднего ресурса:

 - передаваемая мощность на ведомом валу.

  - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между ремнями   при ,    при   ,   при   .

Для передач клиновыми ремнями рекомендуется   из-за неодинаковой длины ремней и неравномерного их нагружения; для поликлиновых   (сечение К)  и    (сечение Л и М).

Сила предварительного натяжения, Н

 - скорость, м/с,   - масса 1м ремня в кг/м.

Зубчато – ременная передача.

Зубчатые ремни выполняют бесконечными плоскими с выступами на внутренние поверхности, которые входят в зацепление с зубьями на шкивах.

Достоинства:

Постоянное передаточное отношение, малое межосевое расстояние, небольшие нагрузки на валы, большое передаточное число ( ).

Недостатки:

Сравнительно высокая стоимость, чувствительность к отклонению от параллельности осей валов.

Применение: в высоконагруженных передачах (кузнечно-прессовое оборудование), используя ее высокую нагрузочную способность, а также в передачах точных перемещений(в связи с постоянством передаточного числа): приводы печатающих устройств ЭВМ, киносъемочная аппаратура, робототехника.

Зубья ремня имеют трапецеидальную или полукруглую форму.

Основной геометрический параметр – модуль    - где   - шаг ремня. Требуемое значение модуля вычисляют исходя из усталостной прочности зубьев:

   Где   - номинальная мощность на ведущем шкиве, кВт,   - коэффициент режима работы (), - частота вращения ведущего шкива,   ,  - для трапецеидального профиля,   - для полукруглого.

Полученные значения модуля округляют до стандартного.

Ширина ремня:

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - 5. Электронные информационные ресурсы.

  - расчетная сила, передаваемая ремнем.

  - скорость ремня, м/с;

  - число зубьев ремня, находящихся в зацеплении с малым шкивом;  - угол обхвата ремнем малого шкива, град;  - высота зуба ремня;  - коэффициент учитывающий наличие натяжного или направляющего роликов;  - коэффициент неравномерного распределения окружной силы между зубьями  из-за ошибок изготовления  ;  допускаемое среднее давление на зубья ремня, МПа;

Сила , действующая на валы со стороны передачи зубчатым ремнем, направлена по линии центров и численно значительно меньше, чем  в передаче клиновым ремнем.

Предварительное натяжение  в передаче необходимо для устранения зазоров в зацеплении. Оно должно быть больше значения натяжения от  , чтобы не нарушалось зацепление.