Клиноременные передачи

Обычно клиноременная передача представляет собой от­крытую передачу с одним или несколькими ремнями. Рабочими поверх­ностями ремня являются его боковые стороны.

По сравнению с плоскоременными клиноременные передачи обла­дают большей тяговой способностью, имеют меньшее межосевое рас­стояние, допускают меньший угол обхвата малого шкива и большие пе­редаточные числа (и < 10). Однако стандартные клиновые ремни не до­пускают скорость более 30 м/с из-за возможности крутильных колебаний ведомой системы, связанных с неизбежным различием ширины ремня по его длине и, как следствие, непостоянством передаточного отношения за один пробег ремня. У клиновых ремней большие потери на трение и на­пряжения изгиба, а конструкция шкивов сложнее.

Клиноременные передачи широко используют в индивидуальных приво­дах мощностью до 400 кВт. КПД клиноременных передач η = 0,87... 0,97.

Поликлиновые ременные передачи не имеют боль­шинства недостатков, присущих клиноременным, но сохраняют достоин­ства последних. Поликлиновые ремни имеют гибкость, сравнимую с гиб­костью резинотканевых плоских ремней, поэтому они работают более плавно, минимальный диаметр малого шкива передачи можно брать меньшим, передаточные числа увеличить до и < 15, а скорость ремня — до 50 м/с. Передача обладает большой демпфирующей способностью.

Клиновые и поликлиновые ремни. Клиновые приводные ремни выполняют бесконечными резинотканевой конструкции трапецеидально­го сечения с углом клина φ₀ = 40°. В зависимости от отношения ширины b_а большего основания трапеции к ее высоте h клиновые ремни бывают нормальных сечений (b ₀/ h = 1,6, см.); узкие (b ₀/ h= 1,2); широкие (b ₀/ h =2,5 и более; применяют для клиноременных вариаторов).

В настоящее время стандар­тизованы клиновые рем­ни нормальных сече­ний, предназначенные для при­водов станков, промышленных установок и стационарных сель­скохозяйственных машин. Ос­новные размеры и методы контроля таких ремней регламентированы ГОСТ 1284.1-89. Ремни сечения Е0 применяют только для действующих машин и установок. Стан­дартные ремни изготовляют двух видов: для Умеренного и тропического климата, работаю­щих при температуре воздуха от минус 30 до плюс 60 °С, и для холодного и очень холодного климата, работающих при температуре от ми­нус 60 до плюс 40 °С. Ремни сечений А, В и С для увеличения гибкости могут изготовляться с зубь­ями (пазами) на внутренней поверхности, полу­ченными нарезкой или формованием (рис. 6.9, в).

Клиновые ремни (рис. 6.9, а, 6) состоят из резинового или резинотканевого слоя растяже­ния 1, несущего слоя 2 на основе материалов из химических волокон (кордткань или кордшнур), резинового слоя сжатия 3 и оберточного слоя прорезиненной ткани 4. Сечение ремня кордтканевой (а), кордшнуровой (б) конструк­ции показаны на рис. 6.9. Более гибки и долго­вечны кордшнуровые ремни, применяемые в быстроходных передачах. Допускаемая скорость для ремней нормальных сечений v < 30 м/с.

Технические условия на ремни приводные клиновые нормальных се­чений регламентированы ГОСТ 1284.2—89, а передаваемые мощности — ГОСТ 1284.3—89.

Кроме вышеуказанных приводных клиновых ремней стандартизова­ны: ремни вентиляторные клиновые (для двигателей автомобилей, трак­торов и комбайнов) и ремни приводные клиновые (для сельскохозяйст­венных машин).

При необходимости работы ремня с изгибом в двух направлениях применяют шестигранные (сдвоенные клиновые) ремни.

Весьма перспективны узкие клиновые ремни, которые пе­редают в 1,5—2 раза большие мощности, чем ремни нормальных сече­ний. Узкие ремни допускают меньшие диаметры малого шкива и работа­ют при скоростях до 50 м/с; передачи получаются более компактными. Четыре сечения этих ремней У0 (SPZ), УА (SPA), УБ (SPB), УВ (SPC) заменяют семь нормальных сечений.

Узкие ремни обладают повышенной тяговой способностью за счет лучшего распределения нагрузки по ширине несущего слоя, состоящего из высокопрочного синтетического корда. Применение узких ремней значительно снижает материалоемкость ременных передач. Узкие ремни пока не стандартизованы и изготовляются в соответствии с ТУ 38 605 205-95.

Следует отметить, что в клиноременных передачах с несколькими ремнями из-за разной длины и неодинаковых упругих свойств нагрузка между ремнями распределяется неравномерно. Поэтому в передаче не рекомендуется использовать более 8...12 ремней.

Поликлиновые ремни (см. рис. 6.1, г) представляют собой бесконечные плоские ремни с ребрами на нижней стороне, работающие на шкивах с клиновыми канавками. По всей ширине ремня расположен высокопрочный синтетический шнуровой корд; ширина такого ремня в 1,5—2 раза меньше ширины комплекта ремней нормальных сечений при одинаковой мощности передачи.

Поликлиновые ремни пока не стандартизованы; на основании нор­мали изготовляют три сечения кордшнуровых поликлиновых ремней, обозначаемых К, Л и М, с числом ребер от 2 до 50, длиной ремня от 400 до 4000 мм и углом клина φ₀ = 40°.

По сравнению с плоскоременными клиноременные передачи облада­ют значительно большей тяговой способностью за счет повышенного сцепления, обусловленного приведенным коэффициентом трения f ' между ремнем и шкивом.

Как известно из рассматриваемой в теоретической механике теории трения клинчатого ползуна,

f '= f sin(a /2),

где f — коэффициент трения на плоскости (для прорезиненной ткани по чугуну f = 0,3); a — угол профиля канавки шкива.

Приняв a = φ₀ = 40°, получим

f ' = f sin20°=3 f.

Таким образом, при прочих равных условиях клиновые ремни способны передавать в три раза боль­шую окружную силу, чем плоские.

Расчет передачи с клино­выми ремнями. Расчет проводят из условий обеспечения тяговой способности и долговечности ремней; он основан на тех же предпосылках, что и расчет плос­коременных передач.

Расчет ремней выполняют с помощью таблиц, содержащих номинальные мощности, передаваемые одним ремнем в зависимости от сече­ния ремня, расчетного диаметра малого шкива, его частоты вращения и передаточного числа (расчетный диаметр шкива клиноременной передачи соответствует положению нейтрального слоя ремня, установленного в канавке шкива; см. диаметр d_p на рис. 6.14).

Проектный расчет клиноременной передачи начинают с вы­бора сечения ремня по заданной передаваемой мощности и часто­те вращения малого шкива с помощью графиков (рис. 6.10). При мощно­стях до 2 кВт применяют сечение Z, а сечение ЕО — при мощностях свы­ше 200 кВт.

Далее определяется расчетный диаметр малого шкива. Минимально допустимые значения расчетных диаметров d_min малого шкива следующие:

Сечение

ремня............ Z А В С D Е УО УА УБ УВ

d_min, мм......... 63 90 125 200 355 500 63 90 140 224

Следует помнить, что вышеприведенные значения расчетных диа­метров малого шкива обеспечивают минимальные габариты передачи, но с увеличением этого диаметра возрастают тяговая способность и КПД передачи, а также долговечность ремней. При отсутствии жестких требо­ваний к габаритам передачи расчетный диаметр d₁ малого шкива следует принимать больше минимально допустимого значения. Диаметр d₂ боль­шого шкива определяют по формуле

d₂ =ud₁,

где и — передаточное число передачи; полученное значение округляют до ближайшего стандартного размера.

Расчетные диаметры шкивов клиноременных передач выбирают из стандартного ряда (мм):

63; 71; 80; 90; 100; 112; 125; 140; 160; 180; 200; 224; 250; 280; 315; 355; 400; 450; 500 и т. д.

Далее определяют окружную скорость v ремня по формуле

v = πd ₁ n ₁ / 60,

где d _1, n ₁— расчетный диаметр и частота вращения малого шкива.

В ходе дальнейшего расчета находят все геометрические параметры передачи.

Межосевое расстояние а предварительно определяют по условию

0,55(d₁ + d₂) + h<a< 2(d₁ + d₂),

где h — высота сечения ремня. Следует помнить, что с увеличением ме­жосевого расстояния долговечность ремней увеличивается.

Расчетная длина ремня L_p вычисляется по формуле, приве­денной в § 6.1, и округляется до ближайшей стандартной длины из ряда (для сечения В) (мм): 800; 900; 1000; 1120; 1250; 1400; 1600; 1800; 2000; 2120; 2240 и т. д. до 6300. Затем по формуле, приведенной в § 6.1, опре­деляют окончательное межосевое расстояние а в зависимости от приня­той стандартной расчетной длины ремня.

Угол обхвата а, на малом шкиве вычисляется по формуле,

приведенной в § 6.1.

Мощность Р_р, передаваемая одним ремнем, рассчитывается по

формуле

Р_p = Р_oС_aС_L/С_p,

где Р_о — номинальная мощность, передаваемая одним ремнем (для ремней сечения В находится по табл. 6.2; для других сечений — по таблицам ГОСТа).

С_а — коэффициент угла обхвата:

а°₁............. 180 160 140 120 90

С_а................ 1,0 0,95 0,89 0,82 0,68

C_L — коэффициент длины ремня, зависящий от отношения принятой длины L ремня к исходной длине L_Р, указанной в стандарте:

L/L _p.......... 0,3 0,5 0,8 1,0 1,6 2,4

C_L............. 0,79 0,86 0,95 1,0 1,1 1,2

(подробная таблица значений C_L приведена в стандарте); С_р — коэффици­ент динамичности и режима работы; ориентировочно принимается как для плоскоременных передач, см. § 6.2 (подробная таблица значений С_р приведена в стандарте).

Дальнейший расчет клиноременной передачи сводится к определе­нию числа ремней z по формуле

Z=P/(C_z Р_p)

где Р — передаваемая мощность на ведущем валу; C_z — коэффициент, учитывающий число ремней в комплекте, вводится при z > 2:

z..................... 2—3 4—6 >6

С_z................... 0,95 0,90 0,85

Во избежание значительной неравномерности распределения нагруз­ки между ремнями не рекомендуется в одной передаче использовать бо­лее 8 ремней нормального сечения и 12 узких ремней; число ремней мел­ких сечений не следует брать больше 6.

Нагрузка на вал клиноременной передачи

R = 2F₀ z sin(a₁ /2), где F_o — натяжение ветви одного ремня; a₁ — угол обхвата малого шкива.

Величину F₀ натяжения ветви одного ремня вычисляют по формуле

F₀=(0,85РС_рС_z)/zνC _a + θν²

где v — окружная скорость ремня; θ— коэффициент, учитывающий влияние центробежных сил:

Сечение ремня.... Z А В С D E E0

θ, Н*с²/м² 0,06 0,1 0,18 0,3 0,6 0,9 1,5

Передачи с узкими и поликлиновыми ремнями рассчитывают по ана­логичной методике. Таблицы мощностей, передаваемых одним узким ремнем и поликлиновым ремнем с 10 ребрами, имеются в учебных посо­биях по курсовому проектированию деталей машин.

При расчете поликлиновых ремней определяют число ребер z по формуле

z =10P/P_p

где Р — передаваемая мощность на ведущем валу; Р_р — мощность, пере­даваемая ремнем с 10 ребрами.

Расчет долговечности клиновых ремней нормальных сече­ний установлен ГОСТ 1284.2—89. Средний ресурс L_hср ремней в эксплуатации для среднего режима работы устанавливается 2000 ч. При легких, тяжелых и очень тяжелых режимах работы расчетный ре­сурс вычисляют по формуле

L_hp= L_hсрK₁K₂

где К₁ — коэффициент режима работы, равный: для легкого режима — 2,5; для тяжелого режима — 0,5; для очень тяжелого режима — 0,25; К₂ — коэффициент, учитывающий климатические условия эксплуатации, рав­ный: для районов с холодным и очень холодным климатом — 0,75; для остальных районов — 1,0.

Режим работы для конкретных машин устанавливают по ГОСТу. Так, например, для станков с непрерывным процессом резания (токарные, сверлильные, шлифовальные) режим работы полагается легким; для фре­зерных, зубофрезерных станков режим работы полагается средним; стро­гальные, долбежные, зубодолбежные и деревообрабатывающие стан­ки работают в тяжелом режиме; очень тяжелый режим работы полага­ется для подъемников, экскаваторов, молотов, дробилок, лесопильных рам и др.