Краткие сведения о ременных передачах

Ременные передачи являются передачами с гибкой связью, в которых (рисунок 1) вращательное движение от ведущего шкива к ведомому шкиву передается путем трения между ремнем и шкивами.

Рисунок 1 - Схема и основные параметры ременной передачи

с двумя шкивами

Конструктивно ременные передачи чаще всего выполняют в открытом исполнении, когда шкивы расположены на консолях валов с одной стороны, что делает доступными торцы шкивов для выверки их плоскостности. По условиям безопасности шкивы и ремни должны быть надежно ограждены или закрыты кожухом и защищены от попадания масла.

Для возникновения сил трения в исходном состоянии передачи создают предварительное натяжение ремней. Натяжение ремней осуществляют одним из способов: изменением межосевого расстояния путем перемещения одного из шкивов или с помощью специального натяжного или оттяжного ролика. В передачах от электродвигателя применяют конструкцию, предусматривающую периодическое перемещение ведущего шкива вместе с электродвигателем, устанавливаемым на салазках, с помощью двух винтов.

К достоинствам ременных передач следует отнести:

- конструктивную простоту и относительно малую стоимость;

- способность работать с высокими скоростями;

- плавность и бесшумность работы;

- допускают кратковременные перегрузки, после снятия которых ра- ботоспособность передачи восстанавливается;

- возможность передачи движения на значительные расстояния.

Недостатки ременных передач, присущие всем передачам трения:

- большие нагрузки на валы и опоры, усилие натяжения ветвей ремня в два-три раза больше полезного окружного усилия;

- необходимость в специальных натяжных устройствах для ремня;

- низкая долговечность ремней;

- невозможность получения постоянных передаточных отношений из-за переменности величины упругого скольжения ремня относи- тельно шкивов, передаточное отношение возрастает с увеличением рабочей нагрузки, передаваемой ремнем;

- значительные геометрические размеры передачи;

- опасность электризации ремней, что исключает использование таких передач во взрывоопасных помещениях.

В качестве гибкой связи в силовых передачах применяют ремни плоские, клиновые или поликлиновые. В настоящее время наибольшее распространение имеют клиноременные передачи, в которых используют клиновые ремни.

Клиноременные передачи требуют более сложных шкивов с точно изготовленными по углу и диаметрам клиновыми канавками, работают без недопустимого нагрева ремней лишь при скоростях не более 30…35 м/с. Клиновые ремни более жестки, поэтому испытывают повышенные напряжения изгиба на шкивах.

Следует отметить, что недостатки клиноременных передач с успехом перекрываются их существенным преимуществом – повышенной тяговой способностью, обусловленной тем, что клиновой ремень работает своими боковыми сторонами. При прочих равных условиях тяговая способность клиноременной передачи теоретически примерно в три раза выше, чем плоскоременной. В связи с повышенным сцеплением клиновых ремней со шкивами в клиноременных передачах оказывается возможным уменьшение углов обхвата шкивов ремнем, что позволяет уменьшить межосевое расстояние передач и расширить диапазон передаточных отношений.

Отмеченные достоинства клиноременных передач обусловили их преимущественное распространение среди других типов ременных передач. Приводные ремни должны обладать достаточной прочностью, выносливостью, хорошей износостойкостью и гибкостью (малым модулем упругости), высоким коэффициентом трения при работе на шкивах. Повышенная жесткость ремня приводит к дополнительным потерям энергии, вызывает повышенные напряжения в ремне от изгиба на шкивах, что в значительной мере определяет выносливость и долговечность ремня.

Для обеспечения требуемой долговечности ремней рекомендуется увеличивать диаметры шкивов передачи: диаметр меньшего шкива должен быть не менее некоторого минимального значения, которое зависит от толщины ремня.

Отечественная промышленность выпускает в виде бесконечных колец по ГОСТ 1284.1 … ГОСТ 1284.3 клиновые ремни (рисунок 2) семи нормальных сечений: О, А, Б, В, Г, Д, Е, которые в международной системе обозначают соответственно: Z, A, B, C, D, E, EO.

Рисунок 2 - Геометрические параметры клинового ремня

нормального сечения

Кроме того по ТУ 38-40534-75 и ТУ 38-105161-84 изготавливают клиновые узкие ремни с сечением УО, УА, УБ и УВ.

Боковые стороны клинового ремня являются рабочими. Расчетные длины ремней измеряют по нейтральному слою в натянутом состоянии. Ряд длин подчиняется предпочтительному ряду чисел . Ремни, благодаря клиновому эффекту, отличаются повышенными силами сцепления со шкивами. Трапециевидная форма сечения ремня из-за его большой высоты неблагоприятна вследствие больших деформаций при изгибе на шкивах, уменьшающих усталостную прочность ремня и коэффициент полезного действия. Это компенсируют тем, что ремень изготавливают из материала с малым модулем упругости, кроме основного несущего слоя, имеющего малую толщину и расположенного по нейтральному слою ремня. В узких клиновых ремнях несущий слой образован стальными жгутами.

Клиновые ремни бывают кордтканевые применяемые при нестесненных габаритных размерах передач, и кордшнуровые используемые при наличии ограничений на ее размеры. Необходимую расчетную длину ремня назначают в зависимости от межосевого расстояния ременной передачи, а также диаметров ведущего и ведомого шкивов. Все клиновые ремни в поперечном сечении имеют форму трапеции с углом профиля в недеформированном состоянии.

В кортканевых ремнях в зоне их нейтрального слоя расположены несколько рядов ткани. Выше и ниже корда находятся резиновые прослойки, снаружи ремень завернут в два-три слоя прорезиненной ткани.

Кордшнуровые клиновые ремни являются более совершенными, в них корд состоит из одного слоя толстых шнуров. Эти ремни обладают большей гибкостью и долговечностью, они предназначены для быстроходных передач.

Слабым звеном клиноременной передачи является ремень, который выходит из строя из-за усталостного разрушения: ремень расслаивается, ткани перетираются. Таким образом, усталостное разрушение ремня предопределяет его долговечность.

Основными критериями работоспособности ременных передач являются тяговая способность и усталостная прочность ремня. Тяговая способность передачи зависит от величины сил трения между ремнем и шкивом. Рациональность режима работы ремня оценивают коэффициентом тяги , величину которого определяют на основании испытания ремней в базовых передачах. Под коэффициентом тяги понимают отношение максимального окружного усилия , передаваемого ремнем в передаче, к сумме предварительного натяжения обеих ветвей ремня.

.

По результатам испытания ремней в базовых передачах (рисунок 3) устанавливают взаимосвязь между коэффициентом тяги , упругим скольжением ремня и коэффициентом полезного действия передачи. Испытания ременных передач проводят при типовых условиях: скорость ремня на ведущем шкиве м/с, угол обхвата ремнем ведущего шкива , усилие предварительного натяжения ремня постоянно.

Кривую, представляющую собой зависимость коэффициента скольжения от коэффициента тяги , называют кривой скольжения. Кривая скольжения, как видно из графика, линейно возрастает на начальном участке, при этом одновременно плавно повышается коэффициент полезного действия.

Для клиноременных передач коэффициент тяги и коэффициент полезного действия, соответствующие экстремальному значению, равны:

Рисунок 3 - Типовые кривые скольжения и коэффициента

полезного действия клиноременной передачи

В работающей ременной передаче в зависимости от передаваемой нагрузки возможны два вида скольжения ремня относительно шкивов: упругое скольжение или буксование. Упругое скольжение ремня происходит не на всей дуге обхвата шкива, а лишь на её части – дуге скольжения. Длина дуги скольжения обусловлена условием равновесия окружного усилия и сил трения на этой дуге. Дуга скольжения располагается со стороны сбегания ремня со шкива. Со стороны набегания ремня на шкив имеется дуга покоя, на которой усилие в ремне не изменяется, а остается равным натяжению набегающей ветви, и ремень движется со шкивом без скольжения.

Упругое скольжение ремня относительно шкивов является неизбежным, оно возникает в результате разности натяжения ведущей и ведомой ветвей. Упругое скольжение приводит к снижению скорости, потере части мощности, вызывает электризацию, нагревание и износ ремня, сокращая его долговечность. По мере увеличения нагрузки дуга скольжения на ведущем шкиве увеличивается и, когда она достигает значения угла обхвата , наступает буксование: ремень скользит по всей поверхности касания с ведущим шкивом, ведомый шкив останавливается, коэффициент полезного действия передачи падает до нуля.

Упругое скольжение характеризуют коэффициентом скольжения , который представляет собой относительную потерю скорости на шкивах:

где и - окружные скорости ведущего и ведомого шкивов, м/с.

В настоящее время основным проектным расчетом ременных передач является расчет по тяговой способности. Проверочный расчет передачи заключается в определении расчетной долговечности ремня, которой управляют путем выбора основных параметров передачи с учетом выработанных практикой рекомендаций.

Для выполнения расчета клиноременной передачи необходимо располагать следующими исходными данными:

- кинематической схемой привода (рисунок 4);

- номинальной мощностью на ведущем шкиве передачи , кВт;

- номинальной частотой вращения ведущего шкива , мин ^-1;

- передаточным отношением проектируемой передачи ;

- режимом работы проектируемой ременной передачи с учетом типа машины и характера нагрузки;

- числом смен работы передачи;

- типом двигателя, применяемого в проектируемом приводе;

- требуемым ресурсом работы ремней , часов;

- способом создания предварительного натяжения ремней.

1 – электродвигатель; 2 - ведущий шкив; 3 – ведомый шкив;

4 – клиновой ремень; 5 – редуктор.

Рисунок 4 – Кинематическая схема привода

Схема алгоритма расчета клиноременной передачи приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Схема алгоритма расчета клиноременной передачи