Плоскоременные передачи

Наиболее типичные схемы передач плоским ремнем представлены на рис. 6.7: а — открытая (оси валов параллельны, шкивы вращаются в одинаковом направлении); б — перекрестная (оси валов парал­лельны, шкивы вращаются в противоположных направлениях); в — по­луперекрестная (оси валов перекрещиваются); г — угловая (с направляющими роликами, оси валов перекрещиваются или пересекаются); д — со ступенчатыми шкивами (регулируемая передача); е — с холостым шкивом (применяется для пуска и остановки ведомого вала при непрерывном вращении ведущего); ж — с натяжным роликом (применяется при малых межосевых расстояниях и больших передаточных числах и <10; натяжной ролик увеличивает угол обхвата шкивов и автоматически обеспечивает постоянное натяжение ремня).

Наибольшее распространение имеют открытые плоскоременные пeредачи. По сравнению с другими они обладают более высокой нагрузочной способностью, КПД и долговечностью ремней; в передачах б, в, г, ж ремень изнашивается быстрее вследствие дополнительных перегибов, закручивания или взаимного трения ведущей и ведомой ветвей. Плоско- 1 ременные передачи обеспечивают высокую плавность работы (плавность ] характеризует величину погрешностей угла поворота, многократно по-1 вторяющихся за один оборот).

КПД передач плоским ремнем η= 0,93...0,98. Передаточное число открытой передачи и < 5; с натяжным роликом и < 10.

Плоскоременные передачи предпочтительны при больших межосевых расстояниях; кроме того, они сравнительно дешевы, ремни их обла­дают большой гибкостью и повышенной долговечностью, шкивы просты по конструкции. Плоскоременные передачи применяют при весьма высо­ких скоростях ремня (до 100 м/с).

Материал ремней. Общие требования, которые предъявляются к материалам приводных ремней, заключаются в следующем: достаточно высокое сопротивление усталости, статическая прочность и износостой­кость, высокий коэффициент трения, эластичность (малая жесткость при растяжении и изгибе), а также невысокая стоимость и недефицитность.

Плоские ремни бывают кожаные, шерстяные, хлопчатобумажные, резинотканевые и синтетические.

Кожаные ремни среди плоских ремней обладают наибольшей тяговой способностью и эластичностью. Кожаные ремни хорошо работа­ют при переменных и ударных нагрузках на шкивах малых диаметров; допускаемая скорость ремня 45 м/с. Ремни изготовляют одинарными и двойными (по согласованию с потребителем допускается изготовлять тройные ремни) шириной от 10 до 560 мм. Кожаные ремни не рекоменду­ется применять в промышленных установках при едком паре и газах. Из-за дефицитности и высокой стоимости применение кожаных ремней

весьма ограничено.

Шерстяные ремни состоят из слоев шерстяной тканой осно­вы, прошитых хлопчатобумажными нитями и пропитанных специальным составом, состоящим из железного сурика на олифе. Эти ремни дороги но хорошо противостоят сырости и воздействию химически активных сред, поэтому применяются главным образом в химической промышлен­ности. Шерстяные ремни хорошо работают при неравномерных и удар­ных нагрузках и допускают скорость ремня до 30 м/с.

Хлопчатобумажные цельнотканые пропитанные ремни со­стоят из нескольких слоев хлопчатобумажной пряжи, пропитанных спе­циальным составом. Такие ремни применяются при небольших мощно­стях и скоростях ремня до 25 м/с; удовлетворительно работают на шкивах малых диаметров, непригодны при работе на открытом воздухе, в сырых помещениях, при опасности воздействия кислот и температуры выше 45° С.

Резинотканевые плоские приводные ремни имеют наиболь­шее распространение. Они состоят из тканевого каркаса нарезной конст­рукции с резиновыми прослойками между прокладками. Каркас ремней изготовляют из технических тканей с хлопчатобумажными, комбиниро­ванными или синтетическими нитями (по согласованию с потребителем ремни на основе первых двух тканей допускается изготовлять без резино­вых прослоек). Наиболее прочны ремни с каркасом из синтетических тканей. Основная нагрузка воспринимается тканью, а резина обеспечива­ет работу ремня как единого целого, защищает ткань от повреждений и повышает коэффициент трения ремня о шкив.

Резинотканевые ремни обладают хорошей тяговой способностью, прочностью, эластичностью, малочувствительны к влаге и колебаниям температуры, однако их нельзя применять в средах, содержащих нефте­продукты. Для работы в сырых помещениях или при возможном воздей­ствии кислот или щелочей применяют ремни с наружными резиновыми обкладками (одной или двумя).

Ремни изготовляют двух видов: общего назначения для интервала температур воздуха от минус 25 до плюс 60 °С и морозостойкие для ин­тервала температур от минус 45 до плюс 60 °С.

Ремни изготовляют конечными или бесконечными шириной от 20 до 1200 мм с числом прокладок от 3 до 6.

Резинотканевые ремни допускают скорость до 30 м/с.

Для некоторых видов резинотканевых ремней в зависимости от их функционального назначения стандарт устанавливает средний ресурс или средний срок службы в часах или других единицах.

Синтетические плоские ремни. Весьма перспективны плоские ремни из синтетических материалов, обладающие высокой статической прочностью, эластичностью и долговечностью. Армированные пленоч­ные многослойные ремни на основе синтетических полиамидных мате­риалов могут передавать мощности в тысячи киловатт при скорости рем­ня до 60 м/с. Пленочные ремни малой толщины (от 0,4 до 1,2 мм) Могут передавать значительные мощности (до 15 кВт), работать при скоростях до 100 м\с и на шкивах малых диаметров. Тяговую способность синтетических ремней повышают за счет специальных фрикционных покрытий.

Расчет плоскоременных передач. При проектном расчете плоскоременных передач прежде всего выбирают тип ремня, а затем определяют минимальный диаметр малого шкива по формуле М. А. Саверина:

D_min=(0.052…0.061)(P₁/ω₁)^1/3

где P₁ — передаваемая мощность; ω₁ — угловая скорость малого шкива (для синтетических ремней формула Саверина дает несколько завышен­ные результаты).

Полученный диаметр округляют до ближайшего стандартного значе­ния D₁ из ряда, (мм): 40; 45; 50; 56; 63; 71; 80; 90; 100; 112; 125; 140; 160; 180; 200 и т.д. до 2000. Затем находят окружную скорость ремня по фор­муле ν = ω₁D₁/2 и сопоставляют ее с оптимальной для выбранного типа ремня. Далее определяют все геометрические параметры передачи и при­ступают к расчету ремня.

В качестве характеристики тяговой способности кожаных, шерстя­ных и хлопчатобумажных ремней принимается приведенное по­лезное напряжение

k₀= 2φ₀σ₀

где φ₀ — оптимальный коэффициент тяги; σ₀ — предварительное на­пряжение.

Величину ко выбирают в зависимости от типа ремня и минимально допустимого отношения (D₁/δ)_min = 25, где δ — толщина ремня.

Тогда при σ₀ =1,8 МПа для ремней: кожаных k_о= 1,7 МПа; хлопча­тобумажных k₀ = 1,5 МПа; шерстяных k₀ = 1,2 МПа.

При (D /δ) > 25 значения k₀ будут большие (см. справочники).

Зная диаметр Д малого шкива и отношение D /δ, определяем тол­щину ремня δ, округляя ее до ближайшего меньшего стандартного значе­ния. Дальнейший расчет кожаных и текстильных ремней сводится к оп­ределению ширины b ремня по формуле

b=F_t / [k]δ

где F₁ — окружная сила; [k] — допускаемое полезное на­пряжение:

[k]=k₀C₀C_aC_v/C_p.

В этой формуле k₀ — приведенное полезное напряжение; С_о — ко­эффициент, учитывающий тип передачи и ее расположение (для откры­тых горизонтальных передач и любых передач с автоматическим натяжением ремня С₀=1 при угле наклона межосевой линии к горизонту более 60° С₀ ⁼ 0,9...0,8, так как при больших углах наклона передачи вес ремня ухудшает его сцепление с нижним шкивом); С_а — коэффициент угла об­жата малого шкива:

а ₁⁰............... 180 170 160 150

С_а ............... 1,0 0,97 0,94 0,91

С_ν — коэффициент влияния центробежных сил, зависящий от скоро­сти v ремня:

ν, м/с............ 1 10 20 30

С_ν................ 1,04 1,0 0,88 0,68

С_р — коэффициент динамичности и режима работы (при односмен­ной работе и характере

нагрузки: спокойная С_р = 1, умеренные колебания С_р = 1,2, ударная С_р = 1,3; при двухсменной работе значения повышаются на 15%, при трехсменной — на 40%).

У резинотканевых ремней основную нагрузку несут тканевые про­кладки, поэтому в качестве характеристики тяговой способности этих ремней принимается приведенная рабочая нагрузка q, при­ходящаяся на миллиметр ширины одной прокладки.

По стандарту для тканей из хлопчатобумажных и комбинированных нитей q = 3 Н/мм, для тканей из синтетических нитей q = 10...20 Н/мм в зависимости от сорта ткани.

b= F_t /(i[q])

Ширина b резинотканевых ремней определяется по формуле

где F_t— окружная сила; i — количество прокладок в ремне; [q] — до­пускаемая рабочая нагрузка на миллиметр ширины прокладки:

[q] = qC₀C_aC_v/C_p

(коэффициенты С выбирают такими же, как для кожаных и текстильных ремней).

Количество прокладок i в ремне определяется по табл. 6.1 в зависи­мости от диаметра малого шкива и скорости ремня.

Таблица 6.1

Количество	Диаметр шкива, мм, для скорости ремня до,м/с
прокладок
	112 160 250	100 125 180 280	112 160 200 320	125 180 225 360	140 200 250 400	160 225 280 450

Ширина резинотканевых ремней выбирается из стандартного ряда (мм): 20; 25; 32; 40; 50; 63; 71; 80; 90; 100; 112; 125 и т. д. до 1200.

Для резинотканевых ремней сила F_o предварительного натяжения ремня определяется по формуле

F₀=q₀ bi

где q₀ — удельная сила предварительного натяжения, приходящаяся на единицу ширины одной прокладки (q₀ = 2 Н/мм при малом межосевом расстоянии; q₀ = 2,25 Н/мм при большом межосевом расстоянии; q₀ = 2,5 Н/мм при автоматическом натяжении).

В большинстве случаев резинотканевые ремни выпускают в рулонах, поэтому для сшивки концов длину ремня увеличивают против расчетной

на 100—400 мм.

В качестве характеристики тяговой способности синтетических ремней принимается приведенная предельная окружная сила q (передаваемая единицей ширины ремня), которая устанавлива­ется в зависимости от выбранной толщины ремня 5 и предварительного напряжения σ ₀ (q = 2... 12 Н/мм, см. справочники).

Для синтетических ремней толщиной δ = 0,4...1,2 мм отношение

D_min /δ =75

Расчет синтетического ремня заключается в определении его шири­ны по формуле

b=F_t / [q]

где F_t — окружная сила, [q] — допускаемая удельная ок­ружная сила:

[q] = qC₀C_aC_v/C_p

(коэффициенты С выбирают в соответствии с ранее приведенными реко­мендациями).

Пример 6.1. Рассчитать основные параметры и размеры открытой плоско- I ременной горизонтальной передачи от электродвигателя к редуктору привода ленточного транспортера. Передаваемая мощность Р\-1 кВт, частота вращения ведущего вала n_t = 1440 мин"¹, передаточное число и ~ 4. Нагрузка с умеренны­ми колебаниями, работа односменная. I

Решение. Выбираем плоский приводной резинотканевый ремень с проклад­ками из комбинированных (полиэфирных и хлопчатобумажных) нитей в основе с номинальной прочностью прокладки 55 Н/мм и приведенной рабочей нагрузкой q = 3 Н/мм (в стандарте она называется максимально допускаемой рабочей нагруз­кой).

Определяем минимальный диаметр малого шкива по формуле М. А. Саверина, учитывая, что ω₁=π n₁ /30= π 1440/30 = 150 рад/с.

Тогда D_min = 0,187...0,22 м.

Принимаем стандартное значение диаметра D₁=200 мм. Тогда D₁₌ u D₁ =4*200=800 мм. что соответствует стандарту.

Определяем окружную скорость ремня

ν =ω₁D₁/2=150*0.2/2=15 м/c

что для резинотканевых ремней вполне приемлемо.

Определяем минимальное межосевое расстояние

a_min = 2(D₁ + D₂) = 2(200 + 800) = 2000 мм =2 м.

Принимаем а =2000 мм.

Проверяем угол обхвата на малом шкиве

a = 180° - ((D₂ – D₁)/ a) 57°= 180° - ((0.8-0.2)/2) 57°= 163°> [ а ] = 150°

Определяем расчетную длину ремня

Lp=5.615 м.

Добавляем на сшивку ремня, например, 185 мм (этот размер зависит от спо­соба соединения концов ремня). Тогда общая длина L = 5,8 м. Проверяем число пробегов ремня

П= v/L_р = 15/5,615 = 2,66 < [П] = 5 с^-1.

Находим окружную силу

F_t=P/v = 7-10³/ l5 = 467 H.

Определяем допускаемую рабочую нагрузку

[q] = qC₀C_aC_v/C_p = 3*1*0,95*0,94/1,2 = 2,24 Н/мм,

так как q = 3 Н/мм, С_о = 1 (передача открытая горизонтальная), С_а = 0,95 (угол обхвата на малом шкиве а =163°, интерполяция); С_ν = 0,94 (скорость ремня v =15 м/с, интерполяция); С_р =1,2 (нагрузка с умеренными колебаниями, работа односмен­ная).

По табл. 6.1 в зависимости от скорости ремня и диаметра малого шкива оп­ределяем количество прокладок i = 5.

Определяем ширину ремня

b = F_t / (i [q]) = 467/(5*2,24*10³) = 0,0417 м = 41,7 мм.

Принимаем ближайшее большее значение ширины ремня из стандартного ряда b = 50 мм.

Находим ширину шкива (см. § 6.5):

B = 1,1 b + 10 = 1,1*50 + 10 = 65 мм.

Принимаем ближайшее значение ширины шкива из стандартного ряда В = 63 мм.

Вычислим нагрузку на валы и опоры, приняв удельную силу предваритель­ного натяжения q₀ = 2,25 Н/мм. Тогда

R = 2F₀ sin(a ₁/2) = 2 q₀b sin(163°/2) = 2*2,25*50*5*0,99 = 1115 Н.

Обратим внимание на то, что нагрузка на валы и опоры примерно в 2,5 раза больше передаваемого окружного усилия.