Ременные передачи. 
Прикладная механика

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 натяжения ведущей ветви 3 ремня, сбегающей с ведомого шкива 2 во время работы передачи, больше силы натяжения сто 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 v2 шкивов определяют по формулам.

где  — частота вращения, об/мин;  — диаметр ?-го шкива, мм.

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

Рис. 4.60.

где  — коэффициент упругого скольжения. Упругое проскальзывание лежит в пределах и увеличивается с ростом нагрузки.

Передаточное отношение ременной передачи с учетом проскальзывания определяется следующим образом:

(4.84).

Обычно передаточное отношение выбирают не более 4−5. Диаметр меньшего шкива плоскоременной передачи , где  — мощность, кВт;  — частота вращения ведущего шкива, об/мин.

Диаметр большего шкива как для плоскоременной, так и для клиноременной передачи равен . Угол обхвата ремнем меньшего шкива.

где  — межосевое расстояние передачи, мм.

Рекомендуют принимать для плоскоременной передачи и для клиноременной . С уменьшением уменьшается сцепление шкива с ремнем. Межосевое расстояние ременной передачи а определяется конструкцией машины или ее привода,

Длина ремней передачи вычисленное L согласовывают со стандартами для ремней.

Окружная сила на шкивах определяется передаваемой нагрузкой , Н:

(4.85).

где  — расчетный вращающий момент, II • м;  — диаметр шкива, мм.

Окружная сила равна разности натяжений ветвей ремня.

(4.86).

Для нормальной работы необходимо обеспечи ть предварительное натяжения ремня.

где Л — площадь поперечного сечения ремня плоскоременной передачи или площадь поперечного сечения всех ремней клиноременной передачи;  — нормальное напряжение от предварительного натяжения ремня. С ростом нагрузочная способность передачи увеличивается.

Предварительное напряжениев ремне принимают для плоских стандартных ремней МПа; для клиновых стандартных ремней МПа; для полиамидных ремней МПа.

Сумма натяжений ведущей и ведомой ветвей ремня.

(4.87).

Из системы двух уравнений (4.86) и (4.87) получаем выражения.

или.

Передаваемая нагрузка j зависит от силы трения между ремнем и шкивом. Эту связь при максимальном значении , исключающим пробуксовки, определяют по формуле Эйлера:

где  — коэффициент трения;  — угол между ветвями ремня.

Наибольшие напряжения возникают в ведущей ветви ремня. Нормальное напряжение в ремне от действия силы.

Напряжение в ремне от изгиба на дуге охвата шкива.

где МПа;  — толщина ремня.

Напряжение от центробежной силы.

Максимальное напряжение будет в ведущей ветви ремня:

Сила давления нагрузки на валы и опоры, создаваемая натяжением ремней (рис. 4.61),

Рис. 4.61.

Порядок расчета

Расчет ремней ведется, но тяговой способности, которая характеризуется кривыми скольжения и КПД. На рис. 4.62 представлены экспериментальные кривые. По оси ординат откладывают относительное скольжение ?, и КПД ?, а по оси абсцисс — коэффициент тяги передачи.

Коэффициент тяги показывает, какая часть предварительного натяжения используется для передачи окружной силы , исключая буксование передачи. Из кривых скольжения следует, что наивыгоднейшая тяговая способность ремня соответствует критическому значению коэффициента тяги <�рк. Экспериментально установлено, что в среднем для плоских ремней , для клиновых ремней

Расчет плоскоременной передачи по тяговой способности проводят следующим образом:

• • определяют напряжение от полезной нагрузки и допускаемое напряжение МПа; МПа;  — толщина ремня;  — диаметр меньшего шкива;
• • затем вычисляют расчетное допускаемое напряжение для плоского ремня , где - коэффициент, учитывающий особенности ременной передачи. Он зависит от нагрузки. При м/с и умеренной нагрузке

Условие прочности ремня:

где (4.88).

Рис. 4.62.

Используя равенство (4.88), можно определить ширину ремня:

При расчете клиновых ремней вначале выбирают сечение ремня исходя из передаваемой мощности и частоты вращения (рис. 4.63). Область применения каждого сечения (А, Б, В, Г, Д) расположена выше собственной линии предыдущего сечения. Затем определяют требуемое количество ремней по формуле , где -мощность на ведущем шкиве; - допускаемая мощность на один ремень;  — коэффициент, учитывающий особенности передачи (режим работы, длину ремня, неравномерность нагрузки ремней): ; при умеренной нагрузке

Рис. 4.63.