Ременные передачи

Ременная передача – механизм, служащий для передачи вращательного движения между параллельными (реже перекрещивающимися) осями ва-лов с помощью ведущего и ведомого шкивов и охватывающего их ремня.                                                                                                     

По типу (профилю) ремня и форме                                                             а

рабочих поверхностей шкивов ремен- α                        шкивы

ные передачи подразделяют на:                                       ремень

– плоскоременные – рис.7.5.1, а, б, е;                             А_р

– клиноременные – рис.7.5.1, а, в, ж;             б                  в      г     д

– круглоременные – рис.7.5.1, а, г, з; δ                             

– квадратноременные – рис.7.5.1, а, д, и.    е           ж           з

Передача вращятельного движе-

ния происходит за счет сил трения

сцепления, возникающих между рабо-                               шкивы                и   

чими поверхностями плоского ремня      Рис.7.5.1. Схема ременной 

и шкива (у плоскоременной передачи) передачи (а); конфигурация ремней – 

или боковыми поверхностями клиново- плоский (б), клиновой (в), круглый          

го ремня и ручьем шкива (у клиноремен- (г), квадратный (д); сопряжение рем-

ной передачи) или полукруглых повер- ней с поверхностями шкивов (е-и)

хностей круглого ремня и ручьем шкива.

Достоинства ременных передач:

- возможность работы на окружных скоростях до 40…60 м/с;

 - возможность передачи мощности от долей Вт до 100кВт и более;

 - бесшумность работы;

- относительно небольшой вес по сравнению с зубчатой передачей (при

одинаковых межосевых расстояниях и передаваемых мощностях).

    Недостатки:

- по мере работы происходит вытяжка ремней (по этой причине необходимо

обеспечивать их оптимальную натяжку);

- наличие проскальзывания ремней относительно шкивов (что не обеспечивает     

постоянства передаточного отношения и передаваемого крутящего момента);

- невысокая долговечность ремней (до 3000…5000 часов непрерывной работы.

    В зависимости от вида нагрузки, окружной скорости и формы сечения ремни изготавливают из различных материалов – табл.7.5.1.

                        7.5.1. Материалы ремней ременных передач

Материал ремней	Окружная cкоростьV, м/c	Нагрузка	Форма ремней
			Плоские	Клиновые	Круглые, (квадратные)
1.Кожа	< 10	Легкая	+	–	+ (–)
2.Резина	< 5	Легкая	–	–	+ (+)
3.Прорезиненная ткань (ХБ ткань-бельтинг-резина)	< 12	Средняя	+	–	+ (–)
4.ХБ или синтетичес-кая ткань, пропитан-ная фрикционной смолой	< 10…15	Средняя	+	–	–
5.Капроновый, лавса-новый или сиалоно-вый корд, пропитан-ный резиной	< 40…60	Средняя,  тяжелая	+	+	–

 

Плоские приводные прорезиненные ремни изготавливают конечной и бесконечной длины. Ремни режут на расчетную длину, склеивают или сшивают «встык» капроновой кордовой нитью (скрученная нить диаметром 0,5…1,0 мм). Хлопчатобумажные (ХБ) ремни состоят из 3…9 слоев ткани-бельтинга, связанных вулканизированной резиной, и имеют толщину δ ≈ 1,5…16 мм и ширину В_р = 25…1200 мм. Плохо работают в условиях повышенной влажности (более 90%), температуры (более 25˚С) и попадания масла.

Наиболее эффективны плоские приводные ремни из синтетических нитей или плетенного корда (скрученная нить большого диаметра ≈ 0,5…1,5 мм), пропитанных фрикционными смолами (полиамидом, каучуком или латексом)

 шириной В_р = 10…100 мм и толщиной δ ≈ 0,4…12 мм, работающих в широком диапазоне скоростей (до 75 м/с), температуры и любой влажности.

Клиновые ремни изготавливают бесконечной длины (кольцом) по ГОСТ

1284 и РТМ 51-15 семи сечений (О, А, Б, В, Г, Д, Е – по мере увеличения сечения). Выбор сечения зависит преимущественно от передаваемой мощности N₀, приходящейся на один ремень, а также от диаметра меньшего шкива и окружной скорости.

Клиновые ремни могут быть:               

моноклиновые (или просто, клиновые,

с φ_о=40º– рис.7.5.2, а) – и поликлиновые        

(на плоской спинке изготавливается

несколько уменьшенных клиньев -        Рис.7.5.2. Конфигурация моноклино-                                        

 (с φ_о=40˚- рис.7.5.2, б).                            вого (а) и поликлинового (б) ремней

Клиновые ремни изготавливаются уменьшенной ширины В_р = 1,2·δ, сред-               ней ширины В_р =1,6·δ и широкие В_р = (2,5…3,5)·δ (δ – толщина ремня).       

За счет клинового сопряжения приведенный угол трения в передаче принимают равным ƒ_пр = ƒ/sin20˚≈ 3ƒ (здесь ƒ – коэффициент трения сцепления материалов пары клин ремня - ручей шкива).

В плоскоременных, кругло – и квадратноременных передачах устанав-ливают по одному ремню, а в клиноременных – от 1 ^го до 6 ^и.  

Учитывая свойство ремней вытягиваться по мере эксплуатации, что спо-собствует интенсификации проскальзывания ремней по рабочим поверхностям шкивов, снижению передаваемой мощности и долговечности их работы, необ-ходимо предусматривать эпизодическую или постоянную натяжку ремней – перемещением электродвигателя со шкивом (или подшипника передачи) рис.7.5.3, а, натяжным роликом (с подвешенным грузом или пружиной) – рис.7.5.3, б, раздвижными полушкивами (уменьшением или увеличением числа регулировочных шайб 4 между левым и правым полушкивами 1 и стопорением полушкивов на валу 2 гайками 3) – рис.7.5.3, в.

Передаточное отношение ременной передачи

                                 i_p = n₁/ n₂ = ω₁/ω₂ = D₂/(D₁•η_p) ≤ 8,                     (7.5.1)

  где n₁ и n₂, ω₁ и ω₂ и D₁ и D₂ – частоты вращения, угловые скорости и  

         расчетные диаметры соответственно ведущего и ведомого шкивов;

η_p = 0,99…0,98 – коэффициент проскальзывания ремня относительно

            шкивов.

    Рис.7.5.3.Способы регулировки натяжения ремней: а – перемещением

    эл.двигателя со шкивом; б – натяжным роликом с грузом; в – раздвижны-

    ми полушкивами

                         

Основные причины потери работоспособности ременных передач:

- истирание рабочих поверхностей ремней по причине их проскальзывания по 

шкиву;

- вытягивание ремней в процессе работы;

- повышенные циклические напряжения в ремне при огибании малого шкива,

приводящие с течением времени к разрыву корда.

    При расчете ременных передач, как правило, задано:

 1. N_з – передаваемая мощность, кВт.

 2. n₁ (или ω₁) и n₂ (или ω₂) – частоты вращения (или угловые скорости)

ведущего и ведомого шкива, об/мин (рад/мин или рад/с).

 3. i – передаточное отношение (если задан один из кинематических параметров 

– n₁ (или ω₁) или n₂ (или ω₂).   

                                 а. Расчет плоскоременных передач  

1. Диаметр ведущего шкива (мм) D₁ = (1100…1300)•√ N_з/ n₁,                (7.5.2)

Примечание. Если задан один из кинематических параметров и передаточное                                                                

отношение, то другой параметр может быть найден из формулы (7.5.1).

2. Диаметр ведомого шкива (мм) D₂ = i • D₁•η_p.                                       (7.5.3)

Рассчитанный диаметр D₂ принимают ближайшим большим из рекомендуе- мого ряда по ГОСТ: 50, 63, 80, 90, 100, 112, 125, 140,160, 180, 200… 1000 мм (и более). В приборостроении принимают расчетные диаметры – от 5 и более мм. Рабочую поверхность шкива (чаще большего) делают несколько выпуклой (для центрирования ремня) или с каждого торца шкива изготавливают фланцы. Ст-рела выпуклости k ≈ (0,015…0,025)•В_р (здесь В_р – ширина шкива в мм). 

3. Межосевое расстояние          А_р^* = k• D₂,                                           (7.5.4)                  

    где k – коэффициент расстояния (табл.7.5.2).

    Найденное значение А_р округляется до целого числа.

    При этом А_р^min ≥ 0,55·(D₂ + D₁) + δ и А_р^mах ≤ 2·(D₂ + D₁)

7.5.2. Значения коэффициента k в зависимости от передаточного отношения

iр
k	1,5	1,2	1,0	0,95	0,90	0,85	0,80

   

4. Длина ремня L_p = 2• А_р + π•(D₂ + D₁)/2 + (D₂ – D₁)/(4А_р).                (7.5.5)

5. Окружная скорость ремня (м/c) υ_р = π• D₁• n₁/(60•1000),                   (7.5.6)

6. Окружная сила на ремне (Н)  F_t = 1020•N_з/ υ_р.                                  (7.5.7)

7. Выбирается тип ремня и назначается его толщина          

                                            δ ≤ D_min/O_т,                                                    (7.5.8)

где O_т – относительная толщина ремня (D_min/δ ≈ O_т – табл.7.5.3).

8. Угол обхвата ремня малого ремня (рис.7.5.4)

             α = 180˚ – 57˚• (D₂ – D₁)/ А_р.    (7.5.9)            α

      7.5.3.Относительная толщина ремней O_т             

Материал ремней	Oт
1.ХБ тканевые прорезиненные	30…40
2.Кожаные	25…35
3.ХБ/синтетические тканевые, пропитанные фрикционной смолой	(25…30)/(50…150)
4.Кордтканевые синтетические прорезиненные	50…100

Рис.7.5.4.Схема обхвата 

ремнем малого шкива

       

        

 

9. Допустимое полезное напряжение в ремне проектируемой передаче 

                                         [σ_F] = [σ_F0] •k_α•k_υ•k_н•k_φ,                                 (7.5.10)             

где [σ_F0] – допускаемые полезные напряжения для типовой передачи –

        табл.7.5.4;        

k_α – коэффициент угла обхвата – табл.7.5.5; 

k_υ = 1,03…0,68 – скоростной коэффициент (в пределах υ_р= 5…30 м/с);

k_н = 1,0…0,6 – коэффициент режима нагрузки (от равномерной до резко

         переменной);

k_φ = 1,0…0,8 – коэффициент способа натяжения и угла расположения к

         горизонту оси передачи (при угле φ = 0…90˚ для передачи с автома- 

         тическим натяжением ремня).

7.5.4. Допустимое полезное напряжение в ремне типовой плоскоременной

передачи

 

Материал ремней	[σF0]*, Н/мм2 при Dmin/δ
1.ХБ тканевые прорезиненные	-	2,10	2,17	2,21	2,25	2,28	2,30
2.Кожаные	1,35	1,70	1,90	2,04	2,15	2,23	2,30
3.ХБ/синтетические тканевые, пропитанные фрикционной смолой	1,05	1,50	1,60	1,67	1,72	1,77	1,80
4.Кордтканевые синтети- ческие прорезиненные	1,05	1,20	1,30	1,37	1,47	1,50	1,60

        

   *При напряжении от предварительного натяжения ремней σ_о=1,8Н/мм².

            7.5.5.Значения коэффициента угла обхвата k_α ремнем шкива

αº,
kα	0,91	0,94	0,97	1,00	1,10	1,20

 

10. Ширина ремня В_р = F_t/([σ_F]•δ)                                                          (7.5.11)

    и принимается ближайшая большая по ГОСТ.  

11. Ширина шкива  В_шк = 1,1• В_p + (5…15).                                           (7.5.12)

12. Усилие предварительного натяжения ремней

                                           2·S_o = σ_о • В_p •δ,                                          (7.5.13)

   где σ_о = 1,8Н/мм² – напряжение предварительного натяжения ремня.

13. Сила от натяжения ремней, действующая на валы передачи

                                              R = 2·S_o ·cos (β/2),                                    (7.5.14)

           где β = (180˚ - α).

    Примечание. Увеличение силы натяжения ремня обеспечивает снижение проскальзывание ремня относительно шкива, но при этом уменьшается долго-вечность его эксплуатации.

14. Частота циклов напряжений ремня  U = υ_p/L_p ≤ 3…5.                     (7.5.15)

  Примечание. Чем меньше величина U, тем больше долговечность ремня.

                              б. Расчет клиноременной передачи

1. Расчетная мощность передачи N_р = N_o•k_a•k_н•z ≥ N_з,                           (7.5.16)

где N_o – мощность, передаваемая одним ремнем (табл.8) в условиях типовой

передачи (равномерная нагрузка, угол обхвата ремнем шкива α = 180˚);

k_a – коэффициент угла обхвата ремнем малого шкива (предварительно при-

нимают при i ≤ 7 k_a = 0,85 при минимальном угле обхвата α = 120˚, а при

7< i ≤10 и α = 70˚ k_a = 0,56 – табл.7.5.6);

k_н – коэффициент нагрузки (табл.7.5.7);

z – число ремней в передаче (табл.7.5.8);

N_з – задаваемая мощность передачи.

          7.5.6. Коэффициент угла обхвата k_a для клиновых ремней

α˚
ka	1,00	0,98	0,96	0,93	0,90	0,87	0,83	0,79	0,74	0,68	0,62	0,56

 

                 7.5. 7. Коэффициент режима нагрузки k_н передачи  

Характер нагрузки	Равномерная	Умеренные колебания	Значительные колебания	Резко переменная
kн	1	0,9…0,8	0,8…0,7	0,7…0,6

 

     7.5.8. Первый выбор сечения и количества ремней z в передаче

Nо, кВт	1,2…1,7	1,8…2,7		3… 5			6… 10
z	1	2	1	1	2, 3	3, 4	1	2, 3	3; 4	5,6,7
Сечения	О	О	А	Б	А	О	В	Б	А	О

  Примечание. При выборе меньших сечений ремней уменьшается межосевое

 межосевое расстояние, но увеличивается число ремней и ширина шкивов.

 

Выбрав сечение ремней назначают минимальный диаметр малого шкива D₁

по графику рис.7.5.5.

2. Окружная скорость ремня (м/с) υ_р = π• D₁•n₁/(1000·60),             (7.5.17)

где n₁ – заданная частота вращения малого шкива, об/мин.

3. По графическим зависимостям N_o

от окружной скорости ремня υ_р и выбран-

ных диаметра D₁ малого шкива и сечения

ремня (рис.7.5.5 – аналогичные графики 

приведены в справочниках и для других се-

чений) определяется передаваемая мощ-

ность одним ремнем N_o.  Расчетную мощ-

ность передачи N_р принимают N_р ≥ N_з.

Количество ремней z определяют в                                                                       соответствии с формулой (7.5.16), т. е.:  Рис. 7.5.5.Зависимость передаваемой

    z ≥ N_р / (N_o•k_a•k_н).    (7.5.18)          мощности ремнем от диаметра ма-

 Дробные значения z округляют до          лого шкива и окружной скорости

ближайшего большего целого числа.          ремня                                     

4. Диаметр ведомого шкива (мм)

                     D₂ = i• D₁• η_p.                  (7.5.19)

Диаметр ведомого шкива принимается по ближай-

шему размеру по ГОСТ на клиноременные переда-

чи либо расчетный. Расчетным диаметром шкивов

является диаметр расположения центров тяжести Рис.7.5.6.Конструкция обода                                  

поперечных сечений ремней – рис.7.5.6. Остальные                      шкива

размеры шкивов выбирают в соответствующих таблицах стандарта на шкивы.             

5. Межосевое расстояние (предварительно) передачи (мм) – табл.7.5.9.  

         

                                    7.5.9. Выбор межосевого расстояния

i
Ар, мм	1,5 D2	1,2 D2	D2	1,5 D2	0,95 D2	0,85 D2	0,80 D2

 

6. Угол обхвата ремнем малого шкива

                              α = 180˚ - 57˚·(D₂ - D₁)/А_р ≥ [α] ≥70˚.                            (7.5.20)

7. Длина клинового ремня выбранного сечения

               L_p = 2A_p + π•(D₂ + D₁)/2 + (D₂ - D₁)²/(4A_p)                             (7.5.21)

  и по ГОСТ 1284 принимается конкретная длина ремня.

8. Уточняется межосевое расстояние в связи с принятием L_p ремня по ГОСТ

  A_p = (1/8)•[2• L_p – π•(D₂ + D₁) + √(L_p – π•(D₂ + D₁))² – 8•(D₂ - D₁)²]. (7.5.22)

9. Частота циклов напряжений ремня U = υ_p/ L_p ≤ 10…20.

10. Сила предварительного натяжения ветвей ремней 2•S_o – табл.7.5.10.

     7.5.10.Силы натяжения (2•S_o) клиновых ремней различного сечения

Сечение ремня	О	А	Б	В	Г	Д	Е
2•So, Н	110…170	200…300	350…500	600…850	1300…1800	1900…2700	3200…4500

 

Шкивы ременных передач изготавливают из чугунного литья (в широком диапазоне размеров), алюминиевого литья (для быстроходных передач неболь-шой мощности), стального литья или сварные из стали (большого размера), из пластмасс (небольшого размера и для передач малой мощности). На рис.7.5.7 приведены конструкции шкивов плоскоременных и клиноременных передач.

Следует отметить, что при передаче одинаковых мощностей и условиях ра-боты (неравномерности и режима нагрузки и др.) габаритные размеры, дейст-вующие силы на валы у клиноременных передач меньше, чем у плоскоремен-ной. Ременные передачи с квадратным резиновым ремнем широко приме-няются в конструкциях приборов, компьютеров и др. информационных систем.. Конструкция ременной передачи с квадратным резиновым ремнем некоторых

приборов приведена на рис.7.5.8.                                       

Рис.7.5.7.Конструкции шкивов плоско- и  Рис.7.5.8. Ременная передача запи-

клиноременных передач                               сываюших устройств  приборов

 

    

 

 

             в. Расчет ременной передачи с поликлиновыми ремнями

   Ременные передачи с поликлиновыми ремнями широко применяются в высокоскоростных силовых приводах металлорежущих станков с ЧПУ, приводах электрогенераторов и др. устройств.     

    Поликлиновые ремни (рис.7.5.9, б) с несущим кордом из лавсана или капрона, резиновых слоев над и под кордом и нескольких слоев прорезиненной синтетической ткани изготавливают, как и клиновые ремни, в виде колец определенной длины L_p (их иногда называют бесконечной длины) 3 ^х сечений (рис.7.5.2 и табл.7.5.11).

Передачи с поликлиновыми ремнями обеспечивают передаточные отноше-                    

ния до i ≤ 10 и окружные скорости до 40 м/c.

7.5.11. Параметры поликлиновых ремней

Сечения	t, мм	Н, мм	δ, мм	Длина ремня Lp, мм	Число клиньев Zкл	Dmin, мм	Передаваемый передачей момент М1кр**, H·мм
К*	2,4		1,9	450…2000	2…36		< 4
Л*	4,8	9,5	4,8	1250…5600	4…20		1,8…35
М*	9,5	16,7	7,1	2000…5600	4…20		> 13

* Поликлиновые ремни К могут заменить клиновые ремни сечений О и А;

   ремни Л – Б и В; ремни М – В, Г, Д, Е.

** Момент на быстроходном шкиву.

 

По известному передаваемому крутящему моменту выбирается сечение ремня (табл.11).

Диаметр меньшего шкива (мм) определяется по формуле:

                                              D₁ = a ^б√ М_1kp,                                           (7.5.23)

где а и б – соответственно коэффициент момента и показатель степени

(при М_1кр ≤ 250 Н·м а =30,4, б = 3; при М_1кр ≤ 260…900 Н·м а =15,5, б = 2).

    Окружное усилие, которое может передать ремень с 10 ^ю клиньями при угле обхвата ремнем меньшего шкива α = 180º, передаточном отношении i =1, длине L_op и спокойной нагрузке, 

                          Р_о10 = С₁/υ^0,09 – C₂/D₁ – C₃·υ²,                                 (7.5.24)

    где С₁, С₂ и С₃ – коэффициенты соответственно скорости, изгиба на

                                  меньшем шкиве и центробежной силы инерции при

                                 огибании ремня шкива (табл.7.5.12);

            D₁ – диаметр малого шкива, мм;

            υ – окружная скорость ремня, м/c.

                    7.5.12. Расчетные параметры поликлиновых ремней

Сечение ремня	С1	С2	С3	Lop	ΔМ1кр,·10-1 Н·м при i
						1,10	1,25	1,40		≥2,5
К			0,0075
Л			0,039
М			0,125

 

Допускаемое передаваемое окружное усилие для ремня с 10 ^ю клиньями с

учетом эксплуатационных условий работы

                        [P]₁₀ = (Р_о10·C_α·C_л + ΔМ_1кр/D₁)/k,                         (7.5.25)

где C_α – коэффициент угла обхвата (табл.6);

     C_л – коэффициент, учитывающий влияние фактической длины

Lp/Lop	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	≥ 3,5
Cл	1,0	1,05	1,10	1,15	1,20	1,25

             ремня:
             ΔМ_1кр – поправка, учитывающая влияние изгиба ремня на большом

             шкиве (табл.7.5.12);

                 D₁ – диаметр малого шкива, м;

                 k – коэффициент динамичности нагрузки (табл.7.5.13).

                     

                     7.5.13.Коэффициент динамичности нагрузки и режима работы

k при нагрузке  пиковой/нормальной Нп/Hн, %
Спокойная ≤ 120	Умеренная ≤ 150	Неравномерная ≤ 200	Ударная ≤300
	1,10	1,25	1,6

 

                 

 

 

        

Необходимое число клиньев выбираемого поликлинового ремня

                                                   Z_кр = 10·Р_ф/[P]₁₀,                                  (7.5.26)

    где Р_ф – фактическое окружное усилие по заданной мощности и выбран-

                   ному диаметру меньшего шкива (Р_ф = М_1кр/D₁ = 9555·N/(n₁· D₁),

                   где N –передаваемая мощность и n₁ – частота вращения на мень-

                   шем шкиве).

    Расчет передаточного отношения, диаметра большего шкива и межосево-

 го расстояния клиноременной передачи с поликлиновыми ремнями – как и при

расчете плоскоременной передачи.

Замена клиноременных передач с обычными клиновыми ремнями на пе- передачи с поликлиновыми ремнями существенно уменьшит габариты и првысит эксплуатационную надежность приводов.

 

Видеофильмы:http://www.youtube.com/watch?v=…

1…fXbeMlMPY8w- Ременные передачи.

2…OwL0uCqdmo-Работа ременной передачи.

 

Вопросы для самоподготовки:

1.Какой принцип передачи движения используется в ременной передаче?

2.Как можно определить передаточное отношение ременной передачи, если

отсутствуют ее параметры, но есть в наличии сама передача?

3.Плоскоременную или клиноременную передачу предпочтительно применить,

если межосевое расстояние A_p ≈ 100 мм?

4.Каким способом можно регулировать натяжение ремней в передаче?

5.От чего зависит передаваемая мощность ременной передачей?

6.Почему нежелательно попадание воды или масла на рабочие поверхности

ременной передачи?

7.Какие мероприятия следует предусматривать для обеспечения работоспособ-

ности ременных передач?

8.Достоинства ременных передач с поликлиновыми ремнями?

9.Правила расчета поликлиновых передач?