Ременные передачи

Ременная передача (рис. 4.58, а) состоит из ведущем и ведомом шкивов, соединенных ремнем (ремнями), надетым на шкивы с натяжением. Вращение ведущего шкива передастся к ведомому благодаря трению, развиваемому между привод-

Рис. 458

ным ремнем и шкивами или зацеплением (зубчато-ременная передача).

Преимущества: возможность осуществления передачи между валами, расположенными на значительном расстоянии; плавность и бесшумность работы; защита от перегрузок связана со способностью ремня передать лишь определенную нагрузку, свыше которой происходит буксование (скольжение) ремня но шкиву; небольшая стоимость и легкость ухода за передачей.

Недостатки: большие габаритные размеры; непостоянство передаточного отношения из-за проскальзывания ремня; повышенные силы давления па валы и подшипники, так как суммарное натяжение ветвей ремня значительно больше окружной силы передачи; малая долговечность ремней и необходимость предохранения их от попадания масла; необходимость устройств для натяжения ремней.

В большинстве случаев ременные передачи применяют для передачи мощностей 0,3–50 кВт: КПД для плоскоременной передачи в = 0,96, а для клиноременной в = 0,95.

По форме поперечного сечения приводные ремни передач трением делятся на плоские (рис. 4.586), клиновые (рис. 4.58,в), поликлиновые (рис. 4.58, г), круглые (рис. 4.58, д) и др.

Соответственно по форме поперечного сечения ремня различают плоскоременные, клиноременные, поликлиновые и круглоременные передачи.

Материалы и конструкции ремней. Приводной ремень должен обладать определенной тяговой способностью (способностью передавать заданную нагрузку без буксования) и потребной долговечностью. Тяговая способность ремня обеспечивается надежным сцеплением его со шкивами, что определяется высоким коэффициентом трения между ними. Долговечность ремня зависит от возникающих в нем напряжений изгиба и частоты циклов нагружений. Но материалу и конструкции различают несколько типов ремней.

Плоские ремни. К стандартным плоским ремням относятся прорезиненные тканевые, кожаные, хлопчатобумажные цельнотканые и шерстяные. Концы плоских ремней можно соединять (сшивкой, склеиванием, металлическими скрепками), а в быстроходных передачах используются бесшовные (бесконечные).

Клиновые ремни. Их изготовляют трех типов: нормального сечения, узкие и широкие для вариаторов. Ремни нормального сечения – основные в общем машиностроении. В соответствии с ГОСТом эти ремни изготовляют семи различных по размерам сечений: О, А, Б, В, Г, Д и Е. Допускаемая максимальная скорость для профилей О, А, Б, В – до 25 м/с, для Г, Д и Е – до 30 м/с. Сечения ремней увеличиваются от О к Е. Клиновые ремни получили наиболее широкое применение в промышленности.

Поликлиновые ремни . По конструкции они подобны клиновым. В тонкой плоской части их (см. рис. 4.58 и 4.59, а) помещаются высокопрочный шнуровой корд из вискозы, стекловолокна или лавсана и несколько слоев диагонально расположенной ткани, придающей ремню большую поперечную жесткость. Поликлиновые передачи – самые компактные из всех ременных передач и могут работать со скоростью v ≤ 40 м/с.

Зубчатые ремни (рис. 4.59, б). Они сочетают преимущества плоских ремней и зубчатых зацеплений. На рабочей поверхности ремней делают выступы (зубья), которые входят в зацепление с выступами (зубьями) на шкивах. Зубчатые ремни устанавливают без предварительного натяжения. Они работают бесшумно без проскальзывания и имеют постоянное передаточное отношение. По сравнению с обык-

Рис. 4.59

новенной ременной передачей трением зубчатоременные значительно компактнее и имеют более высокий КПД.

Материалы и конструкции шкивов. Шкивы ременных передач изготовляют из чугуна, стали, легких сплавов, пластмасс и дерева. Наружная часть шкива, на которой устанавливают ремень (ремни), называется ободом, а центральная часть, насаживаемая на вал, называется ступицей. Обод со ступицей соединяется диском или спицами.

Кинематика, геометрия и силы в ременных передачах. Схема нагружения ремня приведена на рис. 4.60, где– угол обхвата ремнем шкива; а – межосевое расстояние;– дуга скольжения, на которой наблюдается упругое скольжение.

Сила натяженияведущей ветви 3 ремня, сбегающей с ведомого шкива 2 во время работы передачи, больше силы натяжениясто ведомой ветви 1, набегающей на ведомый шкив 2. Из распределения сил в поперечных сечениях ремня следует, что на ведущем шкиве 1 сила натяжения постепенно уменьшается, а на ведомом 2 – увеличивается. Разные натяжения ведущей и ведомой ветвей ремня вызывает упругое скольжение ремня на шкивах.

Окружные скорости (м/с) ведущего г;} и ведомого v 2 шкивов определяют по формулам

где– частота вращения, об/мин;– диаметр ι-го шкива, мм.

Вследствие упругого скольжения ремня на шкивах на ведущем шкиве окружная скоростьбольше окружной скорости на ведомом:

Рис. 4.60

где– коэффициент упругого скольжения. Упругое проскальзывание лежит в пределахи увеличивается с ростом нагрузки.

Передаточное отношение ременной передачи с учетом проскальзывания определяется следующим образом.

Порядок расчета ременных передач

Исходные данные (получены из кинематического расчета привода):

N 1 – мощность на ведущем валу;

n 1 – частота вращения ведущего вала, об/мин;

и – передаточное число ременной передачи.

1. По таблице 4.3.1 выбрать сечение ремня в зависимости от кру­тящего момента на ведущем валу:

T 1 = 9555∙10 3 ∙ , H∙мм. (4.3.1)

диаметры шкивов при выборе ремней

Сечение ремня	Т 1 , Н∙мм	d min , мм	Сечение ремня	Т 1 , Н∙мм	d min , мм
Клиновые нормального сечения	Клиновые узкие
О	До 30∙10 3		УО	До150∙10 3
А	15∙10 3 …60∙10 3		УА	90∙10 3 …400∙10 3
Б	50∙10 3 …150∙10 3		УБ	300∙10 3 …2∙10 6
В	120∙10 3 …600∙10 3		УВ	Свыше 1,5∙10 6
Г	450∙10 3 …2,4∙10 6		Поликлиновые
Д	1,6∙10 6 …6∙10 6		К	До 40∙10 3
Е	Свыше 4∙10 6		Л	18∙10 3 …400∙10 3
М	Свыше 130∙10 3

2. Выбрать диаметр меньшего шкива.

С целью повышения ресур­са работы передачи рекомендуется устанавливать меньший шкив рас­четного диаметра d 1 > d min (см. табл. 4.3.1) из стандартного ряда: 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140, 160, 180, 200, 224, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500, 2800, 3150, 3550, 4000, 4500, 5000.

3. Определить диаметр большого шкива d2 = d1и. Значение d2 округлить до ближайшего стандартного значения.

4. Уточнить передаточное число с учетом относительного сколь­жения
ξ ≈ 0,01

Определить расхождение и′ от заданного и : ∆ и = | и – и′ | .

5. Провести сравнение ∙100% ≤ 5%:

· если условие не выполняется, то перейти к пункту 3 и выбрать дру-гое значе­ние из стандартного ряда;

6. Определить ориентировочное значение межосевого расстоя­ния

а′ = cd 2 ,где коэффициент выбирается по таблице 4.3.2 в зависимости от передаточного числа и.

Таблица 4.3.2

Значение коэффициента с

и
с	1,5	1,2		0,95	0,9	0,85

7. Определить ориентировочное значение длины ремня:

. (4.3.3)

По ГОСТ 1284.1-89, ГОСТ 1284.2-89, ГОСТ 1284.3-96 для ремней нормального сечения, РТМ51-15-15-70 для ремней узкого сечения и используя

РТМ 38-40528-74 для поликлиновых ремней выбрать ближайшее стан­дартное сечение ремня (рис. 4.3.1, табл. 4.3.3).

Таблица 4.3.3

Размеры стандартных сечений ремней (мм)

Обозначение сечения	Расчетная ширина l p	Ширина W	Высота Т 0	Расчетная длина L p	f
наименьшая	наибольшая
О	8,5
А
Б			10,5
В			13,5
Г
Д			23,5
Е

Ряд расчетных длин ремней L p , мм: 400;(425); 450(475); 500(530); 360(600); 630; (670); 710; (750); 800, (850); 900; (950); 1000; (1060);1120 (1180); 1250; (1320); 1400; (1500); 1600; (1700) 1800; (1900); 2000; (2120); 2240; (2360); 2500; (2650); 2800; (3000); 3150 (3350); 3550; (3750); 4000; (4250); 4500"(4750); 5000; (5300); 5600, (6000); 6300; (6700); 7100.

Размеры в скобках использовать в тех­нически обоснованных случаях.

8. Уточнить межосевое расстояние:

где ∆ 1 = 0,5π (d 1 + d 2) 2 ; ∆ 2 = 0,25π (d 2 – d 1) 2 .

9. Определить скорость ремня:

М/с, здесь d 1 в м. (4.3.5)

10. Определить число пробегов ремня v в секунду:

Здесь L в м. (4.3.6)

11. Осуществить проверку ременной передачи на долговечность по числу пробегов v ≤ [v], где [v] = 10с-1:

· если условие не выполняется, то перейти к п. 8 и увеличить длину ремня по стандарту;

· если условие выполняется, перейти к следующему расчету.

12. Определить угол обхвата ремнем малого шкива:

. (4.3.7)

13. Провести проверку α ≥ 120°: если условие не выполняется, то необходимо применить устройства, увеличи­вающие угол обхвата, например, натяжной ролик; если условие выполняется, то перейти к следующему блоку.

14. Определить окружную силу на шкивах:

15. Определить ориентировочное значение числа устанавливае­мых ремней:

для клиновых ремней по выражению:

для поликлиновых ремней определяется число ребер ремня по выра­жению:

где [k ] = k 0 с а с р – допустимое полезное напряжение; A 1 , A 10 – пло­щади поперечного сечения ремней (табл. 4.3.1.3); k 0 – полезное на­пряжение ремня, МПа;

для нормальных клиновых и поликлиновых ремней:

; (4.3.11)

для узких клиновых ремней:

где V – скорость ремня, м/с, (см. п. 9); v – частота пробегов ремня, (см. п. 10); b p – ширина ремня по нейтральному слою (см. табл. 4.3.4); k и – коэффициент влияния передаточного числа (см. табл. 4.3.5); с α – коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата на тяго­вую способность (табл. 4.3.6); с р – коэффициент режима работы (табл. 4.3.7). Перегрузка при пуске определяется как
∙100 % (см. график нагрузки в техническом задании).

Таблица 4.3.4

Размеры приводных клиновых и поликлиновых ремней

Параметры ремня	Тип ремня
нормальное сечение
О(Z)	A(A)	Б(В)	В(С)	Г(D)	Д(Е)	Е
А 1 ,А 10 , мм 2
b h , мм	8,5
g, кг/м	0,06	0,10	0,18	0,30	0,60	0,90	1,52
[z ]
Параметры ремня	Тип ремня
узкие	поликлиновые
УО(SPZ)	УA(SPA)	УБ(SPВ)	УВ(SPС)	K(J)	A(L)	M(K)
А 1 ,А 10 , мм 2
b h , мм	8,5				2,4	4,8	9,5
g, кг/м	0,07	0,12	0,2	0,37	0,09	0,45	1,6
[z ]
Примечание:В скобках указано обозначение ремня по ISO.

Таблица 4.3.5

Коэффициенты влияния передаточного числа k и

Таблица 4.3.7

Коэффициент режима работы с р

В ГОСТ 1284.3-80 и РТМ 38.40545-79 учитывается, что в многоручьевых передачах нагрузка распределяется по ремням неравномерно. Поэтому вводят коэффициент числа ремней С z (табл. 4.3.8). Тогда окончательно число ремней:

Значение z следует округлить до целого числа в большую сторону.

Таблица 4.3.8

Коэффициент числа ремней С z

16. Провести сравнение z ≤[z ], где [z ]– допустимое число ремней для данного сечения (см. табл. 4.3.4):

· если условие не выполняется, то следует перейти к п. 2 и выбрать сечение боль­шего размера, а затем повторить расчет ремня;

· если условие выполняется, перейти к следующему блоку.

17. Определить силы, действующие на валы:

, (4.3.14)

где A 1 – площадь поперечного сечения одного ремня, для поликлиновых ремней

(см. табл. 4.3.4); k 0 – полезное напряжение в ремне (см. п. 15);

γ = 180°– α – угол между ветвями ремня (угол а – см. п. 12).

Хорошее понимание расчета передаточных отношений позволит вам точно настраивать эксплуатационные характеристики ваших автомоделей - а именно, ускорение и максимальную скорость. Передаточные отношения определяют нагрузку на двигатель, а это влияет на ускорение и максимальную скорость. Знание правильного способа изменения передаточных отношений или других элементов автомобиля, основанное на точных вычислениях, может создать разницу между победой и проигрышем. Вдобавок, передаточные отношения являются основой для большинства других вычислений, относящихся к эксплуатационным характеристикам автомобиля, поэтому будет неплохо знать, как определить эти соотношения.

Передаточные отношения сообщают вам величину понижения передачи в трансмиссии. Двигатели внутреннего сгорания имеют слишком большие обороты и слишком низкий вращающий момент для того, чтобы быть эффективными, если двигатель присоединен напрямую к колесам. Автомобиль едва ли уйдет куда-нибудь с текущими колесами, или вам понадобится использовать колеса размером с монету. Подобно тому, как таль позволяет простому смертному поднимать тонны веса в одиночку, понижение передачи в трансмиссии вашей автомодели умножает вращающий момент для увеличения небольшого вращающего момента двигателя, и это снижает обороты коленчатого вала до приемлемой величины, так что колеса вращаются при более подходящей скорости.

1. Для того чтобы определить передаточное отношение, вы должны иметь по крайней мере две шестерни, сцепленные друг с другом; такое сцепление называется зубчатой передачей. Как правило, первая шестерня является ведущей шестерней (крепится к валу двигателя), а вторая – ведомой шестерней (крепится к валу нагрузки). Между ведущей и ведомой шестернями может быть сколь угодно много шестерен. Они называются промежуточными. ➤ Сейчас рассмотрим зубчатую передачу с двумя шестернями. Для определения передаточного отношения эти шестерни должны быть сцеплены друг с другом (то есть их зубья сцеплены и одна шестерня поворачивает другую). Например, дана небольшая ведущая шестерня (шестерня 1) и большая ведомая шестерня (шестерня 2).

2. Посчитайте количество зубьев на ведущей шестерне. Простейший способ найти передаточное отношение между двумя шестернями – сравнить количество зубьев на каждой из них. Начните с определения количества зубьев на ведущей шестерне. Вы можете сделать это вручную или посмотреть на маркировку шестерни. ➤ В нашем примере допустим, что меньшая (ведущая) шестерня имеет 20 зубьев.

3. Посчитайте количество зубьев на ведомой шестерне. ➤ В нашем примере допустим, что большая (ведомая) шестерня имеет 30 зубьев.

4. Разделите количество зубьев ведомой шестерни на количество зубьев ведущей шестерни, чтобы вычислить передаточное отношение. В зависимости от условий задачи вы можете записать ответ в виде десятичной дроби, обыкновенной дроби или в виде отношения (х:у). ➤ В нашем примере: 30/20 = 1,5. Вы также можете записать ответ в виде 3/2 или 1,5:1. ➤ Такое передаточное отношение означает, что меньшая ведущая шестерня должна совершить полтора оборота, чтобы большая ведомая шестерня совершила один оборот. Это имеет смысл, так как ведомая шестерня больше, а значит вращается медленнее.

Более двух шестерен

1. Зубчатая передача может включать сколь угодно большое количество шестерен. В этом случае первая шестерня является ведущей шестерней (крепится к валу двигателя), а последняя – ведомой шестерней (крепится к валу нагрузки). Между ведущей и ведомой шестернями может быть несколько промежуточных шестерен; они используются для изменения направления вращения или для сцепления двух шестерен (когда сцепление напрямую невозможно). ➤ Рассмотрим пример, приведенный выше, но теперь ведущей шестерней станет шестерня с 7 зубьями, а шестерня с 20 зубьями превратится в промежуточную шестерню (ведомая шестерня с 30 зубьями остается той же).

2. Разделите количество зубьев ведомой шестерни на количество зубьев ведущей шестерни. Помните, что при определении передаточного отношения зубчатой передачи с несколькими шестернями важно знать только количество зубьев ведомой шестерни и количество зубьев ведущей шестерни, то есть промежуточные шестерни на значение передаточного отношения не влияют. В нашем примере: 30/7 = 4,3. Это означает, что ведущая шестерня должна совершить 4,3 оборота, чтобы ведомая (большая) шестерня совершила один оборот. 3. Если необходимо, найдите передаточные отношения для промежуточных шестерен. Для этого начните с ведущей шестерни и двигайтесь в направлении ведомой шестерни. При каждом новом вычислении передаточного отношения для промежуточных шестерен рассматривайте предыдущую шестерню в качестве ведущей (и делите количество зубьев ведомой шестерни на количество зубьев ведущей шестерни). В нашем примере передаточные отношения для промежуточной шестерни: 20/7 = 2,9 и 30/20 = 1,5. Заметьте, что передаточные отношения для промежуточной шестерни отличаются от передаточного отношения всей зубчатой передачи (4,3). Также заметьте, что (20/7) ? (30/20) = 4,3. То есть для вычисления передаточного отношения всей зубчатой передачи необходимо перемножить значения передаточных отношений для промежуточных шестерен. Самый простой пример передачи – от вращающегося колеса водяной мельницы к жернову. При этом зачастую происходит изменение первоначальной энергии, полученной колесом от текущей воды, по величине и направлению. Величину такого изменения будет определять передаточное отношение. Оно описывает одну из важнейших характеристик преобразования энергии при вращательном движении, определяемую как отношение частоты или скорости вращения элемента, получающего энергию, к тем же параметрам элемента, отдающего энергию.

Иными словами, передаточное отношение описывает, как изменяется исходная энергия, получаемая от двигателя или любого другого источника энергии (водяного, ветряного колеса, турбины и т.д.), при ее передаче. За всю историю развития техники человечество создало самые разнообразные передачи, для каждой из которых существует передаточное число, являющимся частным от деления скорости ведущего звена на скорость ведомого.

Ременной передачей называют два шкива, которые соединяет ремень, как это показано на рисунке. Возможно, что она была одним из первых способов, которые применял человек. Менялся материал, используемый для изготовления ремня, менялась его форма, но неизменным оставалось передаточное отношение, определяемое как частое от деления скорости ведущего вала, на скорость ведомого, или как результат деления числа оборотов этих валов (n1/n2 или?1/?2). Для ременной передачи оно может быть рассчитано с использованием диаметров (радиусов) шкивов. Передаточное число в таком случае также определяется как частное от деления оборотов. Если при преобразовании энергии число оборотов понижается, то есть передаточное число больше 1, то передача будет понижающей, а само устройство носит название редуктора. Если результат меньше единицы, то устройство называется мультипликатором, хотя оно также выполняет функции редуктора, только понижающего. Передаточное отношение редуктора позволяет уменьшить число оборотов (угловую скорость), поступающих с ведущего вала на ведомый, увеличив при этом передаваемый момент. Это свойство редуктора дает возможность добиваться инженерам при проектировании различных устройств изменения параметров передаваемой энергии, а передаточное отношение редуктора служит при этом мощным инструментом в решении поставленной задачи. Несмотря на значительный возраст, для ременной передачи и сейчас находится работа на автомобиле, она используется как привод генератора, газораспределительного механизма, а также в некоторых других случаях.

В подобной ременной передаче ремень может быть заменен на цепь, в этом случае шкивы также должны быть заменены на звездочки. Полученная передача называется цепной, она знакома каждому, ведь именно такая применяется на велосипедах. Для нее передаточное отношение определяется так же, как для ременной, но можно воспользоваться и соотношением количества зубьев на звездочках (ведущей и ведомой). Однако при таком расчёте передаточное отношение будет обратным, то есть передаточное число определяется делением числа зубьев ведомой звездочки на число зубьев ведущей (z2/z1).

Отличительной особенностью цепной передачи является повышенный уровень шума, а также износ при работе на высоких скоростях, поэтому ее при необходимости использования лучше всего ставить после уменьшения оборотов. В автомобиле возможно применение цепной передачи для привода ГРМ, правда, ограничением такого применения является повышенный уровень шума при ее работе.

ПЕРЕДАТОЧНОЕ ОТНОШЕНИЕ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

Так называется механизм, в котором используются колеса с зубьями, находящимися в зацеплении. Она считается наиболее рациональной и востребованной для машиностроения. Существует множество разнообразных вариантов изготовления подобных колес, отличающихся по расположению осей, форме зубьев, способу их зацепления и т.д. Как в случае с цепной, для зубчатой передаточное число определяется делением числа зубьев шестерен (z2/z1). Многообразие вариантов построения зубчатой передачи предоставляет возможность использовать их в разных условиях, от тихоходного редуктора до высокоточных приводов.

Для зубчатой передачи характерны: ✔ постоянное передаточное число; ✔ компактность; ✔ высокий кпд; ✔ надежность. Одной из разновидностей зубчатой передачи считается червячная. Она используется в тех случаях, когда передача момента осуществляется между скрещивающимися валами, для чего применяется такой элемент как червяк, представляющий собой винт специальной конструкции с резьбой. Для определения передаточного отношения червячной передачи выполняют деление количества зубьев колеса (червячного) z2 на число заходов резьбы червяка z1.

Этот вид зубчатой передачи, содержащей колеса с геометрическими осями, имеющими возможность перемещения. Что она собой представляет, можно понять из приведенного ниже рисунка. По сути дела, это уже конструкция своеобразного планетарного редуктора, включающего в свой состав некоторое число шестерен, взаимодействующих между собой. У каждой из них свое название – солнце, корона, сателлит. Для такого планетарного редуктора изменение момента зависит от того, какая из его шестерен неподвижна, на какую подан крутящий момент, и с какой он снимается.

При любом использовании планетарного редуктора, один из трех его элементов будет неподвижен. У такого, планетарного варианта построения передач, по отношению к простой зубчатой или ременной, есть возможность получить существенное изменение момента при небольшом количестве колес и габаритах устройства. В автомобиле у подобного планетарного устройства своя сфера применения – в составе АКПП, а также в гибридных транспортных средствах, для обеспечения совместной работы ДВС и электромотора. Широкое применение планетарного редуктора осуществляется в гусеничной технике.

О ГЛАВНОЙ ПАРЕ

Практически все виды передач используются в автомобиле – крутящий момент от двигателя проходит цепочку различных устройств и претерпевает изменения, начиная от КПП, главной пары, и заканчивая колесами автомобиля. Все передаточные отношения для КПП и главной пары влияют непосредственным образом на динамику автомобиля. Поэтому с целью ✔ уменьшения частоты переключения; ✔ возможности движения при спокойной езде на небольших оборотах двигателя; ✔ повышения верхнего порога скорости движения, передаточные отношения, в том числе и для главной пары, должны быть уменьшены. Для улучшения разгонной динамики все должно быть наоборот. Работа различных механизмов и устройств, в том числе и в автомобиле, не может происходить без преобразования используемой энергии, как по величине, так и по направлению. Оценить и рассчитать величину необходимого изменения, а также его последствия, помогает передаточное отношение.

Передача механической энергии, осуществляе­мая гибкой связью за счет трения между ремнем и шкивом, называется ременной. Ременная передача состоит из ведущего и ведомого шки­вов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга и огибаемых приводным ремнем (рис. 182). Чем больше напряжение, угол обхвата шкива ремнем и коэффициент трения, тем больше передаваемая нагруз­ка. В зависимости от формы поперечного сечения ремня передачи бывают: плоскоременные (рис. 183, I), клиноременные (рис. 183, II) и круглоременные (рис. 183, III). Наибольшее распространение в машиностроении получили плоские и клиновидные ремни. Плоские ремни испытывают минимальное напряжение изгиба на шкивах, клиновидные благодаря клиновому воздействию со шкивами характеризуются повышенной тяго­вой способностью. Круглые ремни применяют в небольших машинах, на­пример в машинах швейной и пищевой промышленности, настольных станках и приборах.

Рис. 182

Рис. 183

К достоинствам ременных передач относятся: возможность передачи вращательного движения на большие расстояния (до 15 м): простота конст­рукции и малая стоимость; плавность хода и безударность работы; легкость ухода и обслуживания.

Однако ременные передачи громоздки, недолговечны в быстроходных механизмах, не позволяют получать постоянного передаточного отношения из-за проскальзывания ремня, создают повышенные нагрузки на валы и опоры (подшипники), так как суммарное натяжение ветвей ремня значи­тельно больше окружной силы передачи. Кроме того, во время эксплуата­ции ременной передачи не исключена возможность соскакивания и обрыва ремня, поэтому эти передачи нуждаются в постоянном надзоре.

Типы плоскоременных передач

В зависимости от расположения осей шкивов и назначения различаются следующие типы плоскоременных передач:

• открытая передача - при параллельных осях и вращении шкивов в одном направлении (рис. 184, I);
• перекрестная передача - при параллельных осях и враще­нии шкивов в противоположных направлениях (рис. 184, II);
• полуперекрестная передача - при перекрещивающихся осях (рис. 184, III);
• угловая передача - при пересекающихся осях (рис. 184, IV); передача со ступенчатыми шкивами (рис. 184, V), позволяющая изменять угловую скорость ведомого вала при постоянной скорости ведущего. Ступени шкивов располагаются так, чтобы меньшая ступень одного шкива находилась против большей ступени другого и т. д. Для изменения скорости ведомого шкива ремень перекидывают с одной па­ры ступеней на другую;
• передача с холостым шкивом (рис. 184, VI), позволяющая остановить ведомый вал при вращении ведущего. На ведущем валу насажен широкий шкив 1, а на ведомом два шкива: рабочий 2, который соединен с ва­лом при помощи шпонки, и холостой 3, свободно вращающийся на валу. Ре­мень, связывающий шкивы, можно на ходу перемещать, соединяя шкив 1 со шкивами 2 или 3, соответственно включая или выключая ведомый вал;
• передача с натяжным роликом, обеспечивающая автома­тическое натяжение ремня и увеличение угла обхвата ремнем меньшего шкива (рис. 184, VII).

Рис. 184

Плоскоременная передача проста по своей конструкции, применяется при больших межосевых расстояниях (до 15 м) и высоких скоростях (до 100 м/с) при пониженной долговечности.

Клиноременная передача

В клиноременной передаче гибкая связь осуществляется приводным ремнем трапецевидного сечения с углом профи­ля? равном 40° (в недеформированном состоянии). По сравнению с плос­ким ремнем клиновидный ремень передает большие тяговые усилия, но пе­редача с таким ремнем имеет пониженный КПД.

Клиноременные передачи целесообразно использовать при больших пе­редаточных отношениях, малых межосевых расстояниях и вертикальном расположении осей валов. Скорость ремней клиноременной передачи не должна превышать 30 м/с. В противном случае клиновидные ремни будут вибрировать.

Клиновидные ремни для приводов общего назначения стандартизирова­ны ГОСТ 1284.1-89.

При монтаже клиноременной передачи особое внимание обращают на пра­вильность III установки клиновидного ремня в канавке обода шкива (рис. 185).

Рис. 185

Детали ременных передач

Приводные ремни . Любой при­водной ремень служит тяговым органом. Он должен обладать определенной тяговой способностью (передавать заданную нагрузку без пробуксовывания), иметь достаточную прочность, долговечность, износостойкость, хорошее сцепление со шкивом и невысокую стоимость.

Плоские ремни изготовляют раз­ной ширины, конструкции и из раз­личных материалов: хлопчатобу­мажных, прорезиненных, шерстя­ных тканей и кожи. Выбор материа­ла для ремней обусловлен условия­ми работы (атмосферные влияния, вредные пары, температурные из­менения, ударные нагрузки и т. п.) и тяговой способностью. Приводные ремни (прорезиненные) стандарти­зированы.

Клиновидные ремни бывают двух типов: кордтканевые и кордшнуровые. В кордтканевых ремнях (рис. 186, I) корд выполнен в виде нескольких слоев кордткани с основой в виде крученых шнуров толщиной 0,8-0,9 мм. В кордшнуровых ремнях (рис. 186, II) корд состоит из одного слоя кордшнура, намотанного по винтовой линии и заключенного в тонкий слой резины для уменьшения трения. Эти ремни используются в быстро­ходных передачах и являются гибкими, надежными и долговечными.

Рис. 186

Примечание. Корд - прочная крученая нить из хлопчатобумажного или искусствен­ного волокна.

В последние годы в отечественном машиностроении все больше стали при­менять зубчатые (полиамидные) ремни. Эти ремни сочетают в своей конструк­ции все преимущества плоских ремней и зубчатых зацеплений (рис. 187). На рабочей поверхности ремней 4 имеются выступы, которые входят в зацепле­ние в выступами на шкивах 1,2 и З. Полиамидные ремни пригодны для высо­коскоростных передач, а также для передач с небольшим межосевым рассто­янием. Они допускают значительные перегрузки, очень надежны и прочны.

Рис. 187

Концы ремней соединяют склейкой, сшивкой и металлическими соединителями. Склейку однородных ремней (кожаных) осуществляют по косому срезу на длине, рав­ной 20...25-кратной толщине ремня (рис. 188, I), а слойных ремней - по ступенчатой поверхности с числом ступеней не менее трех (рис. 188, II). Места соединения прорезинен­ных ремней после склеивания вулканизиру­ют.

Сшивку применяют для ремней всех типов. Она производится посредством жиль­ных струн или ушивальниками-ремешками из сыромятной кожи (рис. 188, III). Более со­вершенной и надежной считают сшивку встык жильными струнами с наклонными проколами (рис. 188, IV).

Рис. 188

Механические соединители применяют для всех ремней, кроме быстро­ходных. Они позволяют осуществить быстрое соединение, но увеличивают его массу (рис. 188, V). Особенно хорошую работу обеспечи­вают шарнирные соединения проволочными спиралями (рис. 188, VI). Спи­рали продевают через ряд отверстий, и после прессования они обжимают ремень. Шарнир создается в результате совмещения спиралей и продевания через них оси.

Шкивы . Для плоских ремней наиболее приемлемой формой поверх­ности шкива является гладкая цилиндрическая поверхность (рис. 189,I).

Рис. 189

Для центрирования ремня поверхность ведомого шкива делают выпук­лой, а ведущего - цилиндрической (при v <= 25 м/с оба шкива делают вы­пуклыми).

Для клиновидных ремней рабочей поверхностью служат боковые сторо­ны клиновых канавок (рис. 189, II) в ободе шкивов. Число и размеры этих канавок определяются профилем ремня и числом ремней.

Шкивы выполняют литыми из чугуна, алюминиевых сплавов, пластиче­ских масс и сварными из стали. Чугунные шкивы бывают цельными и разъ­емными, состоящими из двух половин, которые у обода и втулки скрепля­ются болтами. Разъемные шкивы можно легко снимать с вала, не поднимая вал с подшипников.

Ременная передача - это механизм переноса энергии с помощью приводного ремня, использующего силы трения или зацепления. Величина передаваемой нагрузки зависит от натяжения, угла обхвата и коэффициента трения. Ремни огибают шкивы, один из которых ведущий, а другой - ведомый.

Достоинства и недостатки

Ременная передача имеет следующие положительные свойства:

• бесшумность и плавность в работе;
• не требуется высокая точность изготовления;
• проскальзывание при перегрузках и сглаживание вибраций;
• нет необходимости в смазке;
• небольшая стоимость;
• возможность ручной замены передачи;
• легкость монтажа;
• отсутствие поломок привода при обрыве ремня.

Недостатки:

• большие размеры шкивов;
• нарушение передаточного отношения при проскальзывании ремня;
• небольшая мощность.

В зависимости от вида ремень бывает плоским, клиновым, круглым и зубчатым. Этот элемент ременной передачи может объединять преимущества нескольких типов, например, поликлиновый.

Области использования

1. Привод ременной передачи с плоским ремнем применяется на станках, пилорамах, генераторах, вентиляторах, а также везде, где требуется повышенная гибкость и допускается проскальзывание. Для высоких скоростей используются синтетические материалы, для меньших - кордтканевые или прорезиненные.
2. Ременная передача с клиновыми ремнями применяется для сельскохозяйственной техники и автомобилей (вентиляторная), в тяжелонагруженных и высокоскоростных приводах (узкая и нормального сечения).
3. Вариаторы нужны там, где скорость вращения промышленных машин регулируется бесступенчато.
4. Приводы с зубчатыми ремнями обеспечивают наилучшие характеристики передач в промышленности и в бытовой технике, где требуются долговечность и надежность.
5. Круглоременные применяются для малых мощностей.

Материалы

Материалы подбираются к условиям эксплуатации, где основное значение имеют нагрузка и тип. Они бывают следующими:

• плоские - кожаные, прорезиненные со сшивкой, цельнотканевые из шерсти, хлопчатобумажные или синтетические;
• клиновые - армирующий слой в центре с резиновой сердцевиной и тканая лента наружи;
• зубчатые - несущий слой из металлического троса, полиамидного шнура или стекловолокна в основе из резины или пластмассы.

Поверхности ремней покрываются тканями с пропиткой для повышения износостойкости.

Плоские ремни ременных передач

Типы передач бывают следующими:

1. Открытые - с параллельными осями и вращением шкивов в одном направлении.
2. Шкивы со ступенями - можно изменить обороты ведомого вала, при этом у ведущего они постоянные.
3. Перекрестные, когда оси параллельны, а вращение происходит в разных направлениях.
4. Полуперекрестные - оси валов скрещиваются.
5. С натяжным роликом, увеличивающим угол обхвата шкива меньшего диаметра.

Ременная передача открытого типа применяется для работы при высокой скорости и с большим межосевым расстоянием. Высокие КПД, нагрузочная способность и долговечность позволяют использовать ее в промышленности, в частности для сельскохозяйственных машин.

Клиноременная передача

Передача характеризуется трапециевидным поперечным сечением ремня и соприкасающимися с ним поверхностями шкивов. Передаваемые усилия при этом могут быть значительными, но ее КПД - небольшой. Клиноременная передача отличается небольшим расстоянием между осями и высоким передаточным числом.

Зубчатые ремни

Передача применяется для высокой скорости при небольшом расстоянии между осями. Она обладает одновременно преимуществами ременных и цепных приводов: работа при высоких нагрузках и с постоянным передаточным отношением. Мощность 100 кВт может обеспечивать преимущественно зубчатая ременная передача. Обороты при этом являются очень высокими - скорость ремня достигает 50 м/с.

Шкивы

Шкив ременной передачи бывает литым, сварным или сборным. Материал выбирают в зависимости от оборотов. Если он изготовлен из текстолита или пластмассы, скорость составляет не более 25 м/с. Если она превышает 5 м/с, требуется статическая балансировка, а для быстроходных передач - динамическая.
В процессе работы у шкивов с плоскими ремнями происходит износ обода от проскальзывания, надлом, трещины, поломка спиц. В клиноременных передачах изнашиваются канавки на рабочих поверхностях, ломаются буртики, происходит разбалансировка.

Если вырабатывается отверстие ступицы, его растачивают, а затем запрессовывают втулку. Для большей надежности ее делают одновременно с внутренним и наружным шпоночными пазами. Тонкостенную втулку устанавливают на клей и крепят болтами через фланец.

Трещины и изломы заваривают, для чего шкив сначала разогревают для устранения остаточных напряжений.

При обтачивании обода под клиновидный ремень допускается, что частота вращения может изменяться до 5% от номинальной.

Расчет передач

Все расчеты для любых типов ремней основаны на определении геометрических параметров, тяговой способности и долговечности.

1. Определение геометрических характеристик и нагрузок. Расчет ременной передачи удобно рассмотреть на конкретном примере. Пусть нужно определить параметры ременного привода от электрического двигателя мощностью 3 кВт к токарному станку. Частоты вращения валов составляют, соответственно, n 1 = 1410 мин -1 и n 2 = 700 мин -1 .

Выбирается обычно узкий клиновой ремень как наиболее часто используемый. Номинальный момент на ведущем шкиве составляет:

T1 = 9550P 1: n 1 = 9550 х 3 х 1000: 1410 = 20,3 Нм.

Из справочных таблиц выбирается диаметр ведущего шкива d 1 = 63 мм с профилем SPZ.
Скорость ремня определяется так:

V = 3,14d 1 n 1: (60 х 1000) = 3,14 х 63 х 1410: (60 х 1000) = 4,55 м/с.

Она не превышает допустимую, которая составляет 40 м/с для выбранного типа. Диаметр большого шкива составит:

d2 = d 1 u х (1 - e y) = 63 х 1410 х (1-0,01) : 700 = 125,6 мм.

Результат приводится к ближнему значению из стандартного ряда: d 2 = 125 мм.
Расстояние между осями и длину ремня находят из следующих формул:

a = 1,2d 2 = 1,2 х 125 = 150 мм;
L = 2a + 3,14d cp + ∆ 2: a = 2 х 150 + 3,14 х (63 + 125) : 2 + (125 - 63) 2: (4 х 150) = 601,7 мм.

После округления до ближайшего значения из стандартного ряда получается окончательный результат: L= 630 мм.

Межосевое расстояние изменится, и его можно снова пересчитать по более точной формуле:

a = (L - 3,14d cp) : 4 + 1: 4 х ((L - 3,14d cp) 2 - 8∆ 2) 1/2 = 164,4 мм.

Для типовых условий передаваемая одним ремнем мощность определяется по номограммам и составляет 1 кВт. Для реальной ситуации ее надо уточнить по формуле:

[P] = P 0 K a K p K L K u .

После определения коэффициентов по таблицам получается:

[P] = 1 х 0,946 х 1 х 0,856 х 1,13 = 0,92 кВт.

Требуемое количество ремней определяется делением мощности электродвигателя на мощность, которую может передавать один ремень, но при этом еще вводится коэффициент С z = 0,9:

z = P 1: ([P]C z) = 3: (0,92 х 0,9) = 3,62 ≈ 4.

Сила натяжения ремня составляет: F 0 = σ 0 A = 3 х 56 = 168 H, где площадь сечения А находится по таблице справочника.

Окончательно нагрузка на валы от всех четырех ремней составит: F sum = 2F 0 z cos(2∆/a) = 1650 H.

2. Долговечность. В расчет ременной передачи входит также определение долговечности. Она зависит от сопротивления усталости, определяемого величиной напряжений в ремне и частотой их циклов (количество изгибов в единицу времени). От появляющихся при этом деформаций и трения внутри ремня происходят разрушения усталости - надрывы и трещины.

Один цикл нагрузки проявляется в виде четырехкратного изменения напряжений в ремне. Частота пробегов определяется из такого соотношения: U = V: l < U d ,
где V - скорость, м/с; l - длина, м; U d - допускаемая частота (<= 10 - 20 для клиновых ремней).

3. Расчет зубчатых ремней. Главным параметром является модуль: m = p: n, где p - окружной шаг.

Величина модуля зависит от угловой скорости и мощности: m = 1,65 х 10-3 х (P 1: w 1) 1/3 .

Поскольку он стандартизован, расчетная величина приводится к ближайшему значению ряда. Для высоких скоростей берутся повышенные значения.

Число зубьев ведомого шкива определяется по передаточному числу: z 2 = uz 1 .

Межосевое расстояние зависит от диаметров шкивов: a = (0,5...2) х (d 1 + d 2).

У ремня число зубьев будет равно: z p = L: (3,14m), где L - ориентировочная расчетная длина ремня.

После выбирают ближнее стандартное число зубьев, затем определяют точную длину ремня из последнего соотношения.

Нужно также определить ширину ремня: b = F t: q, где F t - окружная сила, q - удельное натяжение ремня, выбираемое по модулю.

Нагрузка на валы составит: R = (1...1,2) х F t .

Заключение

Работоспособность ременных передач зависит от типа ремней и условий их эксплуатации. Правильный расчет позволит выбрать надежный и долговечный привод.