Классификация
Материалы и конструкции приводных ремней
Вопрос 14
Ременные передачи: достоинства и недостатки, классификация,
Ременная передача состоит из двух шкивов, закрепленных на валах, и ремня, охватывающего шкивы. Нагрузка передается силами трения, возникающими между шкивами и ремнем вследствие натяжения последнего.
Достоинства:
- простота изготовления и обслуживания;
- плавность работы - смягчение толчков, бесшумность;
- малая стоимость;
- возможность работы с высокими частотами вращения;
- возможность автоматического предохранения от перегрузки за счет проскальзывания ремня;
- возможность передачи движения на значительные расстояния.
Недостатки:
- значительные габариты;
- неизбежность некоторого упругого скольжения ремня;
- повышенные нагрузки на валы и опоры;
- низкая долговечность ремня.
Ремни должны обладать достаточной прочностью, долговечностью, гибкостью, износостойкостью и определенной тяговой способностью, т.е. надежностью сцепления ремня со шкивами. По форме поперечного сечения применяются следующие разновидности ремней:
|
|
а) плоские ремни.Ремень в виде узкого прямоугольника.
Применяют следующие материалы:
- кожаные ремни. Обладают хорошей тяговой способностью и высокой долговечностью, хорошо переносят колебания нагрузки. Высокая стоимость кожаных ремней ограничивает их применение;
- прорезиненные ремни. Самыми распространенными являются прорезиненные ремни, состоящие из нескольких слоев хлопчатобумажной ткани, связанных между собой вулканизированной резиной. Их изготавливают трех типов: А, Б и В. Резиновые прослойки повышают гибкость ремней и коэффициент трения между ремнем и шкивами. Ткань обеспечивает прочность и долговечность;
- хлопчатобумажные и шерстяные ремни. Применяются для передачи небольших мощностей;
б) Клиновые ремни. Имеют основное применение. Ремни бесконечной длины трапециевидного сечения. Входят в канавки шкива соответствующего профиля. Контакт по боковым стенкам.
Применяют ремни с различной структурой поперечного сечения. Слои шнурового корда являются основным несущим элементом ремня. Они располагаются в зоне нейтрального слоя для повышения гибкости. Тканевая обертка увеличивает прочность ремня и предохраняет от износа. Для передач общего назначения по ГОСТ 12841-80 изготавливают 7 типов клиновых ремней О, А, Б, В, Г, Д, Е, отличающихся размерами поперечного сечения;
в) круглые ремни. Изготавливаютют из кожи, капрона, хлопчатобумажных материалов. Применяют только для малых мощностей в приборах и машинах домашнего обихода;
|
|
г) поликлиновые ремни (ТУ 38-105763-84).Бесконечные плоские ремни с продольными клиновыми выступами на внутренней поверхности, входящими в кольцевые клиновые канавки в шкивах. Ремни сочетают достоинства плоских ремней - монолитность и гибкость, и клиновых - повышенную силу сцепления со шкивами.
Несущий слой ремней выполняют в виде кордшнура из химических волокон.
Усилия и напряжения в ветвях ремня. Критерии работоспособности ременных передач.
Начальное натяжение ремня Fo выбирают по условию, при котором ремень мог бы передавать полезную нагрузку, сохраняя натяжение достаточно длительное время, не получая большой вытяжки, и имел бы удовлетворительную долговечность. До передачи вращения ветви испытывают одинаковое начальное натяжение Fo. Напряжение от предварительного натяжения равно s0=1,8 МПа для плоских ремней и s0=1,2 МПа - для клиновых.
Рассмотрим передачу полезной нагрузки Ft
Соотношение натяжений ведущего F1 и ведомого F2 ветвей при работе без учета центробежных сил определяют по известному уравнению Л. Эйлера, выведенному для нерастяжимой нити.
где е - основание натуральных логарифмов; γ- угол скольжения; приближенно равным 0,7 угла обхвата α.
Соответствующие напряжения растяжения в ведущей и ведомой ветвях:
и
Полезное напряжение
В то же время
=>
При изгибе ремня толщиной δ на шкиве диаметра D относительные удлинения наружных волокон равны δ/D.
Напряжение изгиба в предположенном постоянстве модуля упругости
При вращении шкивов под действием центробежных сил ремень испытывает дополнительные напряжения растяжения
σц=ρ∙V2,
где V1 м/с; ρ – кг/м3 – плотность
(для прорезиненных ρ=1100…1200 кг/м3; кожа ρ=1000÷1100 кг/м3)
Все силы проецируем на ось, перпендикулярную оси С'
Наибольшее суммарное напряжение в поперечном сечении ремня в месте его набегания на малый шкив (рисунок 53, на котором изображена эпюра суммарных напряжений в работающем ремне).
Основными критериями работоспособности ременных передач являются:
- тяговая способность ремня - это способность передавать определенную нагрузку без пробуксовывания ремня;
- долговечность ремня.
Расчет ременной передачи на тяговую способность.
Расчет основан на кривых скольжения, которые получают экспериментальным путем.
По оси ординат откладывают коэффициент скольжения e и к.п.д. передачи, а по оси абсцисс графика - нагрузку, выраженную через коэффициент тяги:
Рисунок 54
При построении кривых постепенно повышают полезную нагрузку Ft при постоянном натяжении F1 + F2 = 2Fo, замеряя при этом скольжение и к.п.д. передачи.
При возрастании коэффициента тяги от 0 до критического значения φ0 наблюдается только упругое скольжение. В зоне φ0 - φmax наблюдается как упругое скольжение ремня, так и частичное буксование. Рабочую нагрузку желательно выбирать ближе к φ0 и слева от него. Для разных материалов ремней φ0 в пределах 0,4... 0,6.
На основе кривых скольжения для плоскоременной передачи со следующими параметрами: α1=α2=180º; V=10м/с определено допускаемое полезное напряжение [st]0 и установлена экспериментальная зависимость для ее нахождения.
(полезное допускаемое напряжение для идеальной передачи, S- запас тяговой способности по буксованию S=l,2... 1,4)
Поскольку реальные передачи могут иметь другие параметры, то полезное допускаемое напряжение для реальной (конкретной) передачи определяют при помощи поправочных коэффициентов, учитывающих геометрию, кинематику и режим работы проектируемой передачи:
Со - учитывает условия натяжения и расположения передачи
|
|
Сα - 1-0,003∙(180°-α0) - учитывает угол обхвата α
Cv - 1,04 - 0,0004∙V2 - учитывает скорость ремня
Ср - коэффициент режима работы (1- при одной смене.; 2 смены=0,87; 3 смены=0,72)
Полезную силу Ft и мощность N, передаваемые ремнем можно определить, если известно сечение:
[Ft]=A∙[σt]; [N]=[Ft]∙V
Долговечность ремня при проектировании ременных передач учитывается следующим образом.
Наиболее опасными напряжениями являются напряжения изгиба.
- для плоских ремней
- для клиноременных передач
Долговечность ремня определяется косвенно через число пробегов ремня в секунду.
Число пробегов за единицу времени, т.е. сколько раз испытывает напряжение изгиба.
u≤[u] [u]=5 1/c – для плоских ремней
[u]=10 1/c – для клиновых
Нагрузка на вал от шкива ременной передачи