Тема 2. Механические передачи

Лекция 3. Фрикционные передачи. Передачи с гибкой связью. Особенности конструкции. Кинематический и силовой расчет. Схемы ременных передач. Ремни и шкивы. Эксплуатационная прочность и выносливость.

Фрикционные передачи, в которых в качестве гибкого органа применяются ремни называются ременными передачи.

Ременная передача состоит из ведущего и ведомого шкивов и ремня, надетого на шкивы с натяжением и передающего окружную силу с помощью трения (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 – Схема ременной передачи: а) - плоские ремни; б) – клиновые ремни; в) – круглые ремни; д) – поликлиновые ремни

Ременные передачи возможны с двумя или несколькими ведомыми шкивамя. Натяжение ремня производится натяжными устройства различного типа: по салазкам (рисунок 2.5, а), когда натяжение обеспечивается перемещением одного из шкивов; поворотом качающейся плиты (рисунок 2.5, б) и др.

Рисунок 2.5 – Устройства натяжения ремня

По взаимному расположению валов и направлению их вращения ременные передачи могут быть открытыми (рисунок 2.6, а), перекрестными (рисунок 2.6, б) и полуперекрестными (рисунок 2.6., в).

Рисунок 2.6 – Схемы ременных передач

По конструкции ремни бывают плоскими (рисунок 2.4, а), клиновые (рисунок 2.4, б), круглые (рисунок 2.4, в) и поликлиновые (рисунок 2.4, г). В ряде случаев применяют ремни, в которых передача движения осуществляется зацеплением с помощью зубчатого ремня.

Ремни бывают сшивные и бесшовные. Бесшовные (бесконечные замкнутые) ремни являются наиболее пригодными для работы. Клиновые и поликлиновые ремни изготавливаются только бесшовными. Плоские сшивные ремни соединяются сшивкой, склейкой и металлическими соединениями (рисунок 2.7).

Рисунок 2.7. – Способы сшивки ремней

Клиновой ремень для передач общего назначения (рисунок 2.8) состоит из корд тканевого прорезиненного слоя 1, работающего на растяжение, резинового или резинотканевого слоя 2, работающего на сжатие и обертки 3 в виде нескольких слоев прорезиненной ткани, намотанной диагонально.

Рисунок 2.8 – Клиновой ремень

Длина ремней и размер поперечного сечения стандартизованы.

Зубчатые бесконечные плоские ремни имеют выступы на внутренней поверхности

(рисунок 2.9). Они изготавливаются из резины или полиуретанового каучука, армированных стальными или стекловолоконными тросами.

Рисунок 2.9 – Зацепление зубчатого ремня со шкивом.

Шкивы выполняют из чугуна, легких сплавов, и пластмасс. Форма обода шкива зависит от профиля ремня (рисунок 2.10).

Рисунок 2.10 – Форма ободов шкивов для ремней разных профилей: а) – плоского; б) – клинового;

в) - круглого

Профили канавок шкивов для клиновых ремней стандартизованы.

Кинематические характеристики ременной передачи характеризуются передаточной функцией, которая отражена передаточным отношением и предопределяет величину передаточного числа u ₂₁

, (2.5)

где и – угловые скорости шкивов; и – диаметры шкивов ведущего и ведомого соответственно.

Величина передаточного числа u ₂₁ устанавливается по нормативным признакам с учетом документальных рекомендаций по размерам шкивов

u ₂₁= / (2.6)

Окружные скорости на ведущем и ведомом звеньях равны соответственно

. (2.7)

Однако, в ременных передачах ведущие и ведомые ветви гибкого звена при работе имеют различное натяжение (рисунок 2.11).

Рисунок 2.11 – Скольжение в ременной передаче

Неравенство натяжений приводит к упругому скольжению на шкивах и неравенству окружных скоростей и , а передаточное число u ₂₁ при работе имеет отклонение от заданной величины. Величина скольжения оценивается коэффициентом скольжения x

x= , (2.8)

следовательно, , откуда

. (2.9)

Кривые скольжения получают экспериментально: при постоянном натяжении ремня F₀ постепенно повышают полезную нагрузку F_t и измеряют скольжение x.

Начальное натяжение ремня F₀ выбирают по условиям, при котором ремень мог бы передавать полезную нагрузку, сохраняя натяжение и долговечность в течение заданного времени.

Рисунок 2.12 – Кривые скольжения и КПД

Кривые скольжения и КПД показывают, что оптимальная нагрузка ременных передач лежит в зоне критических значений коэффициента тяги j

j = , (2.10)

где и – натяжение ведущей и ведомой ветвей ремня

Окружная сила на шкивах или передаваемая нагрузка ремня, Н, с учетом коэффициента динамичности нагрузки K_F при заданных режимах работы устанавливается формулой

= , (2.11)

где Т – момент, Н∙м, на шкиве диаметром d, м; Р – передаваемая мощность, кВт; K_F – коэффициент динамичности (K_F= 1,0…1,6).

Напряжения s_Ft от передаваемой окружной силы устанавливают по формуле

s_Ft= , (2.12)

где А - площадь сечения ремня, мм².

Значение начальных напряжений = . Для плоских и клиновых ремней

МПа (2.13)

Центробежная сила вызывает напряжение растяжения , МПа, в ремне

, (2.14)

где – скорость ремня, м/с; – плотность материала ремня, кг/м³.

Напряжение изгиба ремня толщиной d на шкиве диаметром D и модуле упругости Е

. (2.15)

Суммарные напряжения в ремне (рисунок 2.13):

- в ведущей ветви

s = ; (2.16)

- в ведомой ветви (минимальные напряжения)

s_min = ; (2.17)

- максимальные напряжения на дуге покоя ведущего малого шкива

s_max = ; (2.18)

Рисунок 2.13 – Эпюра суммарных напряжений

Выражение (2.18) используют в расчетах на долговечность, заменив при этом s_max на предельное напряжение по выносливости на основе кривой усталости Велера.

Допускаемое напряжение для ремней нормальных и узких сечений в реальных условиях эксплуатации

, (2.19)

где – коэффициент влияния угла обхвата; - коэффициент режима работы; – напряжение от передаваемой нагрузки, полученное по напряжению растяжения ведущей ветви ремня на основании условия сцепления по Эйлеру.

Мощность,которую может передать один ремень в реальных условиях устанавли-вают по формуле

(2.20)

где – коэффициент длины ремня; – коэффициент передаточного числа; – базовая величина мощность, установленная нормативными документами.

Необходимое количество ремней z, которое необходимо для передачи мощности

z = , (2.21)

где – коэффициент, учитывающий неравномерное распределение нагрузки между ремнями.

Сила предварительного натяжения ремня F ₀ зависит от мощности на ведущем шкиве , кВт, окружной скорости ; коэффициентов угла обхвата и режима , а также массы одного метра длины ремня q_m, кг и равна: