Плоскоременные передачи

Наиболее типичные схемы передач плоским ремнем представлены на рис. 3.38: 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 — угловя

Рис. 3.38

(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 пе­редачи. По сравнению с другими они обладают более высокой нагрузочной способностью, КПД и долговечностью ремней;

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 гибкостыо. 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.

К о ж а н ы е р е м н и 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.

Ш е р с т я н ы е р е м н и 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.

Х л о п ч а т о б у м а ж н ы е 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.

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.

С и н т е т и ч е с к и е 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. П л е н о ч н ы е ремни малой толщины (от 0,4 до 1,2 мм) могут передавать значительные мощности (до 15 кВт), работать при скоростах 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:

(3.114)

где Р₁ — передаваемая мощность; ω₁, — угловая скорость малого шкива

(для синтетических ремней формула Саверина дает несколько завышен­ные результаты).

Полученный диаметр округляют до ближайшего стандартного значе­ния А 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 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 п р и в е д е н н о е полезное напряжение

(3.115)

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

Величинуk₀выбирают в зависимости от типа ремня и минимально допустимого отношения , где δ — толщина ремня.

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

Зная диаметр D₁малого шкива и отношение D₁/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

(3.116)

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

(3.117)

В этой формуле k₀ — приведенное полезное напряжение; C₀ — ко­эффициент, учитывающий тип передачи и ее расположение (для откры­тых горизонтальных передач и любых передач с автоматическим натяже нием ремня Со = 1; при угле наклона межосевой линии к горизонту более 60° С_о = 0,9...0,8, так как при больших углах наклона передачи вес ремня ухудшает его сцепление с нижним шкивом); С_а — коэффициент угла об­хвата малого шкива:

α₁⁰ -------------- 180 170 160 150

С _α -------------- 1,0 0,97 0,94 0,91

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

,m/c -------------- 1 10 20 30

C_v -------------- 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.

Ширина b резинотканевых ремней определяется по формуле

(3,118)

где F_t — окружная сила; i — количество прокладок в ремне; [q] — допускаемая рабочая нагрузка на миллиметр ширины прокладки: (3.119)

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

Количество прокладок i в ремне определяется по табл.3.16 в зависимости от диаметра малого шкива и скорости ремня.

Таблица 3.16

Количество	Диаметр шкива, мм, для скорости ремня до, м/с
прокладок
3 4 5 6	80 112 160 250	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

(3.120)

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 δ и предварительного напряжения σ₀ (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

(3.121)

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

(3.122)

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

3.3.4 Зубчато-ременные передачи

Зубчато-ременные передачи — весьма перспективный вид передач для приводов машин.

В этих передачах (рис. 3.42) бесконечный плоский ремень, имеющий на внутренней поверхности зубья трапецеидальной формы, входит в зацепление с зубчатым шкивом. По сравнению с другими видами передач гибкой связью зубчато-ременные передачи обладают рядом преимуществ: отсутствие скольжения, малые габариты, небольшие нагрузки на валы и их опоры (немного превышающие или равные окружной силе), незначительная вытяжка ремня и высокий КПД (0,94...0,98).

Рис. 3.42

Зубчато-ременные передачи применяют при скоростях ремня до 50 м/с, передаточных числах u ≤ 12 и мощностях до 100 кВт и более. Передачи зубчатым ремнем обычно служат в качестве понижающих в приводах от электродвигателей к приемным валам машин, например металлорежущих станков.

Зубчатые ремни имеют несущий слой в виде металлического троса, стекловолокна или полиамидного шнура, находящегося в резиновой или пластмассовой основе. Для повышения износостойкости зубья покрывают тканью из, синтетического волокна.

Наличие жесткого и прочного несущего каркаса обеспечивает неизменяемость окружного шага р при работе передачи. Расчетный диаметр d_p шкивов зубчато-ременной передачи соответствует положению несуще­го слоя ремня, надетого на шкивы (см. рис. 3.42).

Основной конструктивный параметр зубчатого ремня — модуль т:

(3.132)

Где p — окружной шаг; стандартизованы модули т, мм; 2; 3; 4; 5; 7; 10.

Расчет зубчато-ременных передач. Расчет передач ведется из условия прочности ремня. Модуль передачи зубчатым ремнем вычисляется в зависимости от передаваемой мощности Р и угловой скорости со, быстроходного вала по формуле

(3.133)

полученное значение округляется до ближайшего стандартного.

Для обеспечения долговечности ремня при малых габаритах передачи число зубьев малого шкива ограничивается минимальными значениями: z_min= 10...22 при т = 2...5 мм и z_min = 17...28 при m = 7...10 мм; большие значения назначают при больших скоростях.

Число зубьев z₂ большего шкива равно

(3.134)

где и — передаточное число.

Расчетные диаметры шкивов определяют по таким формулам:

(3.135)

Межосевое расстояние а предварительно принимают в пределах

(3.136)

Число зубьев z_p ремня предварительно принимают равным

(3.137)

где L — предварительная расчетная длина ремня, вычисляемая по формулам 3.3.1.; полученное число зубьев округляют до ближайшего стандартного значения из ряда: 40; 45; 50; 56; 63; 71; 80; 90; 100; 112 и т. д.

до 250. Окончательная расчетная длина ремня.

(3.138)

Окончательное межосевое расстояние определяется по формулам 3.3.1.

Число зубьев ремня, находящихся в зацеплении с малым шкивом,

(3.139)

где α₁ — угол обхвата малого шкива, определяемый по формулам 3.3.1. Рекомендуется z_p0 ≥ 6; при несоблюдении этого условия следует увели­чить межосевое расстояние.

Дальнейший расчет передачи заключается в определении ширины ремня по формуле (без учета влияния центробежных сил):

(3.140)

где F, — окружная сила, передаваемая ремнем; [q] — допускаемая удельная окружная сила, приходящаяся на единицу ширины ремня. Допускаемая удельная окружная сила:

где q₀ — приведенная удельная окружная сила, выбираемая в зависимости от модуля:

m мм....... 2 3 4 5 7 10

q₀ Н/мм.... 5 10 25 35 45 60

C_F — коэ.ффициент неравномерности распределения нагрузки по ширине несущего слоя; C_F ≈ 0,85; С_р — коэффициент динамичности и режима работы, выбираемый как для плоскоременных передач.

Полученное значение ширины ремня округляется до ближайшего большего стандартного из ряда (мм): 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100.

Нагрузка R на валы и опоры зубчато-ременной передачи

(3.142)

где F_t — окружная сила.