Ременные передачи — Основы проектирования

Общие сведения. Ременная передача относится к передачам трением с гибкой связью. Состоит из ведущего и ведомого шкивов, огибаемых ремнем (рис. 25). Нагрузка передается силами трения, возникающими между шкивом и ремнем вследствие натяжения последнего.

Рис. 25. Геометрические параметры ременной передачи

Область применения ременных передач. Ременные передачи применяют в большинстве случаев для передачи движения от электродвигателя, когда по конструктивным соображениям межосевое расстояние должно быть достаточно большим, а передаточное число не строго постоянным (в приводах станков, транспортеров, дорожных и строительных машин и т.п.).

Мощность, передаваемая ременной передачей, обычно до 50 кВт и в редких случаях достигает 1500 кВт. Скорость ремня и = 5 … 50 м/с, а в сверхскоростных передачах может доходить до 100 м/с.

Ограничение мощности и нижнего предела скорости вызвано большими габаритами передачи. В сочетании с другими передачами ременную передачу применяют на быстроходных ступенях привода.

Классификация ременных передач. В зависимости от формы поперечного сечения ремня передачи (рис. 26) бывают:

• 1) плоскоременные (рис. 26, а),
• 2) клиноременные (рис. 26, б),
• 3) круглоременные (рис. 26, в),
• 4) поликлиноременные (рис. 26, г).

В современном машиностроении наибольшее применение имеют клиновые и поликлиновые ремни. Передача с круглым ремнем имеет ограниченное применение (швейные машины, настольные станки, приборы).

По расположению валов в пространстве:

• 1) передачи с параллельными валами: открытые (рис. 27а), перекрестные (рис. 276);
• 2) передачи со скрещивающимися валами — полуперекрестные (рис. 27в);

3) передачи с пересекающимися осями валов — угловые (рис. 21 г).

Разновидностью ременной передачи является зубчато-ременная, передающая нагрузку путем зацепления ремня со шкивами.

Рис. 26. Формы поперечного сечения ремня

Рис. 27. Схемы расположения валов ременных передач

Достоинства ременных передач:

• 1. Простота конструкции и малая стоимость.
• 2. Возможность передачи мощности на значительные расстояния (до 15 м).
• 3. Плавность и бесшумность работы.
• 4. Смягчение вибрации и толчков вследствие упругой вытяжки ремня.

Недостатки ременных передач:

• 1. Большие габаритные размеры, в особенности при передаче значительных мощностей.
• 2. Малая долговечность ремня в быстроходных передачах.
• 3. Большие нагрузки на валы и подшипники от натяжения ремня.
• 4. Непостоянное передаточное число из-за неизбежного упругого проскальзывания ремня.
• 5. Неприменимость во взрывоопасных местах вследствие электризации ремня.

Материалы ремней должны обладать достаточной прочностью, износостойкостью, эластичностью, долговечностью и иметь низкую стоимость. Плоскоременная передача имеет простую конструкцию и вследствие большой гибкости ремня обладает повышенной долговечностью. Эта передача рекомендуется при больших межосевых расстояниях (до 15 м) и высоких скоростях (до 100 м/с). Для плоскоременной передачи применяют следующие ремни:

• 1) кордошнуровые прорезиненные (рис. 28) — большой диапазон мощностей и о < 35м/с;
• 2) синтетические тканые (из капроновой ткани, покрытой полиамидной пленкой с высоким коэффициентом трения) — в быстроходных и сверхбыстроходных передачах из-за малой массы при v < 100 м/с;

Рис. 28. Кордошнуровый прорезиненный ремень:

• 1 — корд, 2 -резина, 3 — тканевая обертка
• 3) текстильные ремни — хлопчатобумажные и шерстяные — обладают низкой тяговой способностью и долговечностью, поэтому не находят широкого применения;
• 4) кожаные — обладают высокой тяговой способностью и долговечностью; их применяют для передачи переменных и ударных нагрузок, дефицитны, концы ремней соединяют путем склеивания, сшивания, скрепления.

Клиноременная передача благодаря повышенному сцеплению ремня и шкива передает большую мощность, допускает меньший угол обхвата на малом шкиве, следовательно, может иметь по сравнению с плоскоременной передачей меньшее межосевое расстояние. Долговечность клиновых ремней меньше. Из-за их высоты большие потери на трение и деформации изгиба. Клиновые ремни бывают двух типов:

• 1) кордтканевые (рис. 29а);
• 2) кордшнуровые (рис. 296).

Кордтканевые ремни более долговечны, но в передачах с малыми диаметрами шкивов применяют кордшнуровые ремни.

Все клиновые ремни в сечении имеют форму трапеции с углом профиля 400. Поликлиновые ремни (рис. 29в) сочетают достоинства плоских и клиновых ремней. Благодаря высокой гибкости они допускают применение шкивов малых диаметров, могут работать при ц < 40 м/с.

Рис. 29. Виды клиновых ремней

Зубчато-ременные передачи. Зубчатые ремни представляют собой ленту с зубьями на внутренней поверхности. Они состоят из стальных тросов и эластичного материала — резины или пластмассы. Зубья ремня имеют форму трапеции. Передача движения происходит не за счет силы трения, а зацеплением зубьев. Поэтому в зубчатоременных передачах отсутствует скольжение ремня, и обеспечивается постоянство передаточного отношения. В такой передаче уменьшается влияние межосевого расстояния на тяговую способность, что снижает габариты передачи. Мощность, передаваемая зубчатым ремнем до 100 кВт, при о < 60 м/с.

Геометрические соотношения в ременной передаче.

• 1. Межосевое расстояние а определяется конструкцией привода:
  • — для плоскоременных передач

— для клиноременных и поликлиноременных передач

где dwd2— диаметры шкивов; h — высота сечения ремня.

2. Расчетная длина ремня L равна сумме длин прямолинейных участков и дуг обхвата шкивов

При наличии сшивки длину ремня увеличивают на L = 100- 400 мм.

3. Угол обхвата ремнем малого шкива ai!

Для плоскоременной передачи [ai] > 150°, для клиноременной и поликлиноременной [оц] > 120°.

Силы в передаче. Передаточное отношение. Для создания трения между ремнем и шкивом ремню после установки создают предварительное натяжение Fo (рис. 30а). После приложения основной нагрузки происходит перераспределение натяжений в ветвях ремня. Ветвь, набегающая на ведущий шкив (ведущая), натягивается (F), натяжение в ведомой ветви уменьшается (F2) (рис. 306). Силы натяжения ветвей ремня F_n (рис. 31) нагружают валы и подшипники, что является недостатком ременных передач.

В ременной передаче возникают два вида скольжения: упругое и буксование. Упругое скольжение неизбежно при нормальной работе передачи. В процессе работы напряжение ремня на ведущем шкиве падает, ремень укорачивается и отстает от шкива. Возникает упругое скольжение. На ведомом шкиве натяжение ремня падает, и тоже возникает упругое скольжение в результате разности натяжений ведущей и ведомой ветви. По мере роста окружной силы F_t =2T/d ремень начинает скользить по всей длине дуги обхвата, т.е. по всей поверхности касания ремня с ведущим шкивом, он буксует. Ведомый шкив при этом останавливается, КПД падает до нуля. Упругое

Vi — Vo

скольжение характеризуется коэффициентом скольжения = —,

^V1

который представляет собой потерю скорости на шкивах, а, следовательно, непостоянство передаточного отношения. Поэтому передаточное число ременной передачи определяется по формуле

Рис. 30. Силы в ветвях ремня

Рис. 31. Схема для определения нагрузки на валы

Напряжения в ремне. При работе ременной передачи напряжения по длине ремня распределяются неравномерно. При огибании шкивов в ремне возникают напряжения изгиба а_и (рис. 32). Волокна ремня на его внешней стороне растягиваются. Максимальное напряжение изгиба возникает в поперечном сечении ремня при его набегании на ведущий шкив. Чем меньше диаметр шкива и больше высота ремня, тем большие напряжения возникают, тем менее долговечен ремень. На практике рекомендуют отношение толщины ремня к диаметру шкива d в пределах 1/25 — 1/30.

Рис. 32. К изгибу ремня на шкиве