Ременные передачи

Тема 13 Ременные передачи. (1 час)

План лекции:

1. Общие сведения

2. Силы в передаче

3. Напряжение в ремне. Скольжение ремня

4. Передачи клиновым и поликлиновым ремнем

5. Передачи зубчатым ремнем

Ременная передача – передача трением с гибкой связью. Она состоит из ведущего диаметром d₁, ведомого диаметром d₂ шкивов и ремня 1, надетого на шкивы с предварительным натяжением (рис. 59). Нагрузку передают силы трения между шкивами и ремнем.

После зубчатой передачи ременная – наиболее распространенная из механических передач.

Рекомендуемые материалы

Рисунок 59 – Ременная передача

В зависимости от формы поперечного сечения ремня бывают передачи: плоским ремнем (рис. 60,а), клиновым ремнем (рис. 60,б), поликлиновым ремнем (рис. 60,в), круглым ремнем (рис. 60,г). Наибольшее применение в машиностроении имеют клиновые и поликлиновые ремни.

Рисунок 60 – Формы поперечного сечения ремня

Ремни изготовляют из прорезиненных тканей или синтетических материалов.

Передача плоским ремнем обладает повышенными работоспособностью и долговечностью (в связи с меньшими напряжениями изгиба в плоских ремнях). Ее рекомендуют применять при больших межосевых расстояниях (до 15м) или высоких скоростях ремня (до 100м/с).

За счет клинового эффекта в передачах клиновым и поликлиновым ремнями можно реализовать большие силы трения и уменьшить габариты передачи.

Ремни круглого сечения предназначены для пространственных передач малой мощности (оборудование полиграфической и текстильной промышленности, настольные станки, приборы, бытовые машины). Скорость ремня до 30м/с.

Разновидностью ременной передачи является передача зубчатым ремнем, передающая нагрузку путем зацепления ремня со шкивами.

Достоинства ременных передач.

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 вследствие эластичности ремня.

5. Смягчение вибраций и толчков вследствие упругости ремня.

6. Предохранение механизмов от перегрузок вследствие возможного проскальзывания ремня (к передачам зубчатым ремнем это свойство не относится).

Недостатки ременных передач.

1. Большие радиальные размеры, в особенности при передаче значительных мощностей.

2. Малая долговечность ремня в быстроходных передачах.

3. Большие нагрузки на валы и подшипники от натяжения ремня, необходимость устройств для натяжения ремня.

4. Непостоянное передаточное число вследствие неизбежного упругого скольжения ремня.

5. Чувствительность нагрузочной способности к наличию паров влаги и нефтепродуктов.

Применение. Ременные передачи применяют в приводах для передачи движения от электродвигателя или ДВС, когда по конструктивным соображениям межосевое расстояние должно быть достаточно большим, а передаточное число и может быть не строго постоянным (приводы металлорежущих станков, конвейеров, транспортных, дорожных, строительных и сельскохозяйственных машин и др.). Передачи зубчатым ремнем можно применять и в приводах, требующих постоянного значения и (приборные и робототехнические устройства).

Мощность, передаваемая ременной передачей, обычно до 50кВт, хотя может достигать 2000кВт и больше. Скорость ремня v = 5...50м/с, а в высокоскоростных передачах – до 100м/с и выше.

Межосевое расстояние а ременной передачи (рис. 59) определяет в основном конструкция привода машины. Если с целью поддержания постоянного натяжения ремня предусматривают перемещение одного из шкивов, то а – переменно, если на ведомую ветвь (ВМ) устанавливают натяжной ролик 2, то а — постоянно (рис. 59,б).

Длина ремня:

,                                          (108)

где:

,                                                 (109)

,                                             (110)

Угол обхвата ремнем малого шкива:

,                                     (111)

Для передачи плоским ремнем рекомендуют , клиновым или поликлиновым

Силы в передаче. Для создания трения между ремнем и шкивом ремню после установки на шкив создают предварительное натяжение силой F_o. Чем больше F_o, тем выше тяговая способность передачи. В состоянии покоя или холостого хода передачи (вращение без передачи полезной нагрузки) каждая ветвь ремня натянута одинаково с силой F_o (рис. 61,а).

Рисунок 61 – Силы в ременной передачи

При приложении рабочего вращающего момента Т₁ происходит перераспределение сил натяжения в ветвях ремня: ведущая ветвь (ВЩ) дополнительно натягивается до силы F₁, а натяжение ведомой ветви (ВМ) уменьшается до F₂, (рис. 61,б). Окружная сила определяется:

,                                          (112)

При обегании ремнем шкивов на него действует центробежная сила, Н:

,                                      (113)

где    А – площадь сечения ремня, мм²;

р – плотность материала, кг/м³,

v – скорость ремня, м/с.

Сила F_ц отбрасывает ремень от шкива, понижая тем самым силы трения и нагрузочную способность передачи.

Таким образом, силы натяжения ведущей и ведомой ветвей ремня: при передаче полезной нагрузки (F₁ + F_ц) и (F₂ +F_ц) соответственно; на холостом ходу (F₀ +F_ц).

Нагрузка на валы и подшипники. Силы натяжения ветвей ремня нагружают шкивы, валы, на которых они установлены, и опоры валов – подшипники. В покое ветви ремня нагружены силами F₀ предварительного натяжения (рис. 65,а); угол между векторами – (180° – a₁). Сила, действующая на валы в неработающей передаче:

,                               (114)

где    a₁ – угол обхвата.

При передаче ремнем полезной нагрузки и без учета центробежной силы имеем (рис. 65,б):

,                                     (115)

Рисунок 65 – Определение нагрузки на валы и подшипники

Вектор F_B отклонен на угол  от линии центров на малом шкиве в сторону ведущей ветви, а на большом – в сторону ведомой ветви. Обычно сила F_B, действующая на валы ременной передачи, в 2...3 раза больше окружной силы F_t, что является серьезным недостатком ременных передач.

Скольжение ремня по шкивам. Передаточное число. В ременной передаче разделяют два вида скольжения ремня: упругое и буксование.

Упругое скольжение. В процессе обегания ремнем ведущего шкива сила его натяжения уменьшается от F₁ до F₂. А так как деформация ремня пропорциональна силе натяжения, то при уменьшении силы натяжения ремень под действием силы упругости укорачивается, преодолевая сопротивление силы трения в контакте ремня 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 F₂ до F₁, ремень удлиняется и опережает шкив. Упругое скольжение происходит не на всей дуге обхвата a, а лишь на части ее – дуге скольжения b, которая всегда расположена со стороны сбегания ремня со шкива. Длину дуги скольжения определяет условие равновесия сил трения на этой дуге и разности сил натяжения ветвей, т.е. окружной силы: .

Рисунок 66 – определение скольжения ремня

При нормальной работе: .

Со стороны набегания ремня на шкив имеется дуга покоя , на которой сила в ремне не меняется, оставаясь равной силе натяжения набегающей ветви, а сам ремень движется вместе со шкивом без скольжения.

Скорости v₁ и v₂ прямолинейных ветвей равны окружным скоростям шкивов, на которые они набегают. Потерю скорости v₁–v₂ определяет скольжение на ведущем шкиве, где направление скольжения не совпадает с направлением движения шкива (см. стрелки на дуге b₁ рис. 66.

Упругое скольжение ремня неизбежно в ременной передаче, оно возникает в результате разности сил F₁ и F₂, нагружающих ведущую и ведомую ветви ремня. Упругое скольжение приводит к снижению скорости и, следовательно, к потере части мощности, а также вызывает электризацию, нагревание и изнашивание ремня, сокращая его долговечность.

Упругое скольжение ремня характеризуют коэффициентом скольжения x:

,                                             (116)

где    v₁ и v₂ – окружные скорости ведущего и ведомого шкивов. При нормальном режиме работы обычно x = 0,01...0,02.

Буксование. По мере роста окружной силы F_t, уменьшается дуга покоя, следовательно, уменьшается и запас сил трения. При значительной перегрузке дуга скольжения b₁ достигает значения дуги обхвата a₁ и ремень скользит по всей поверхности касания с ведущим шкивом, т.е. буксует. При буксовании ремня на ведущем шкиве ведомый шкив останавливается – передача неработоспособна.

Передаточное число. Окружные скорости шкивов передачи

,                                   (117)

где    v₁ и v₂ – частоты вращения ведущего и ведомого шкивов, мин^–1;

d₁ и d₂ – диаметры этих шкивов, мм.

Передаточное число ременной передачи:

,              (118)

Упругое скольжение, зависящее от значения окружной силы F_t, является причиной некоторого непостоянства передаточного числа ременных передач.

Рекомендуют для передач плоским ремнем и5, клиновым и7, поликлиновым и8, зубчатым и12.

В машиностроении преимущественно применяют передачи клиновым или поликлиновым ремнем.

Клиновые ремни имеют трапециевидное поперечное сечение (рис. 67). Ремни работают на шкивах с канавками соответствующего ремню профиля. Профили ремней и канавок шкивов имеют контакт только по боковым (рабочим) поверхностям ремней и боковым граням канавок шкивов. Между внутренней поверхностью ремня и дном канавки шкива должен быть зазор.

Рисунок 67 – Поперечное сечение клинового ремня

В передаче часто применяют несколько клиновых ремней (комплект).

Достоинством этой передачи по сравнению с передачей плоским ремнем является то, что благодаря повышенному (до трех раз) сцеплению ремня со шкивами, обусловленному эффектом клина, она может передавать большую мощность, допускает меньший угол обхвата на малом шкиве, а следовательно, и меньшее межосевое расстояние а, допускает бесступенчатое регулирование скорости (ременные вариаторы).

Недостатками являются большие напряжения изгиба вследствие значительной высоты ремня, большие потери на внешнее и внутреннее трение, большая стоимость изготовления шкивов и неодинаковая работа ремней в комплекте вследствие отклонений в их длине.

Рекомендуют применять передачи клиновыми ремнями при малых межосевых расстояниях, больших передаточных числах, вертикальном расположении осей валов. Их можно встретить в приводах станков, промышленных установок, вентиляторов, в транспортных, дорожно-строительных и сельскохозяйственных машинах. Клиновые передачи применяют для мощностей до 200кВт.

Поликлиновые ремни — бесконечные плоские ремни с продольными ребрами – клиньями, входящими в кольцевые клиновые канавки на шкивах (рис. 68). В поликлиновых ремнях корд 1 из высокопрочного полиэфирного шнура расположен в тонкой плоской части. Резина 2 над кордом и по ребрам ремня защищена оберткой 3. Выпускают также ремни без обертки, обеспечивающие коэффициент трения в 2 раза выше, чем при наличии обертки, что увеличивает тяговую способность, позволяет снижать предварительное натяжение.

Рисунок 68 – Поперечное сечение поликлинового ремня

Изготовляют ремни трех сечений (в порядке увеличения высоты H ремня, высоты h ребра, шага р): К, Л и М. Размер d определяет положение нейтрального слоя.

Поликлиновые ремни сочетают достоинства ремней плоских (гибкость) и клиновых (высокая тяговая способность). Благодаря высокой гибкости допускают применение шкивов малых диаметров. Поликлиновые ремни могут работать при скоростях до 65м/с.

Рабочая поверхность расположена по всей ширине ремня, что обусловливает высокую нагрузочную способность: при одинаковой передаваемой мощности ширина b поликлинового ремня существенно меньше ширины комплекта клиновых ремней нормальных сечений. Поликлиновую передачу применяют при мощностях до 1000кВт.

Малая масса ремня способствует снижению уровня его колебаний. Однако передачи поликлиновыми ремнями чувствительны к относительному осевому смещению шкивов и отклонению от параллельности осей валов.

Зубчатые ремни выполняют плоскими с поперечными зубьями на внутренней поверхности (рис. 69). При работе передачи зубья ремня входят во впадины соответствующего профиля на шкивах. Передача зубчатым ремнем работает по принципу зацепления.

Зубчатое зацепление ремня со шкивом устраняет скольжение и необходимость в большом предварительном натяжении, уменьшает влияние угла обхвата (межосевого расстояния) на тяговую способность, что позволяет уменьшить габариты передачи и реализовать большие передаточные числа.

Рисунок 69 – Зубчатые ремни

Достоинства передач зубчатым ремнем.

1. Постоянное передаточное число.

2. Малое межосевое расстояние.

3. Небольшие нагрузки на валы и подшипники.

4. Большое передаточное число (u<12).

5. Низкий уровень шума и отсутствие динамических нагрузок вследствие эластичности ремня и упругости зубьев.

Рекомендуем посмотреть лекцию "34 Сплавы на железоникелевое и никелевой основе".

Недостатки передач зубчатым ремнем.

1. Сравнительно высокая стоимость.

2. Чувствительность к отклонению от параллельности осей валов.

Применение. Передачу зубчатым ремнем применяют как в высоконагруженных передачах (например, кузнечно-прессовое оборудование), используя ее высокую тяговую способность, так и в передачах точных перемещений (в связи с постоянством передаточного числа): приводы печатающих устройств ЭВМ, киносъемочная аппаратура, робототехника и др.

Мощность, передаваемая зубчатым ремнем, до 100кВт; скорость ремня до 60м/с; КПД передачи 0,94...0,98.

В зависимости от способа изготовления зубчатые ремни выпускают двух видов: сборочные и литьевые.