Передаточное отношение ременной передачи. Порядок расчета ременных передач

Простые ременные передачи

Изображение	Обозначение / Комментарий
	Передача с круглым профилем ремня. Обеспечивает хорошее сцепление за счёт совпадения формы сечения ремня и углубления на шкиве, при этом, позволяет сократить толщину шкива. Используется такая передача, в основном в миниатюрных приборах точной автоматики, таких как лентопротяжные механизмы, верньеры, системы автоматизированного регулирования. Ремни в таких передачах часто называют пассики. Пассики обычно изготавливаются из резины.
	Плоскоременная передача. Обеспечивает хорошее сцепление за счёт ширины ремня. Передача простая в изготовлении, но требует широких шкивов и строгой параллельности их осей.
	Трапецеидальная (или клиноременная) передача имеет профиль ремня в виде трапеции с углом в 40°. Имеет хорошее сцепление при небольшой ширине ремня. Такие передачи часто используют в высоконагруженных силовых установках, таких, например как электропривод металлорежущих станков, лифтов, конвейеров и тому подобных. Часто, для увеличения сцепления и повышения надёжности на шкивах делается несколько канавок под ремни и на шкивы одевается несколько ремней. Повреждение одного из ремней не приведёт к критическому сбою в работе всей передачи. Клиновидные ремни для приводов общего назначения стандартизированы по ГОСТ 1284.1-89 и ГОСТ 1284.2-89.

На рис. 1 показана кинематическая схема клиноременной передачи. Для расчета передачи необходимы исходные данные, которые приведены ниже.

Исходные данные: мощность и вращающий момент на ведущем валу передачи Р 1 и Т 1 , частота вращения ведущего шкива n 1 , передаточное число u , характер нагрузки, расположение передачи в пространстве (горизонтальная, наклонная или вертикальная), требования к конструктивному исполнению.

1. Выбирается тип сечения ремня. По величине Р 1 и n 1 , используя диаграмму, рис. 2. Ремни с большей площадью поперечного сечения имеют большую нагрузочную способность, но менее гибкие, что приведет к выбору шкива с большим диаметром. Выбор ремня с меньшей площадью сечения позволит получить меньшие габариты передачи, но с большим числом ремней.

Рис. 2

2. Выбирается диаметр ведущего шкива, d 1 по таблице 1. Для каждого сечения ремня дан рекомендуемый диапазон значений d 1 . Меньшие значения следует принимать в том случае, когда необходимо получить малые габариты передачи, но в этом случае напряжения изгиба в ремне будут наибольшие, что приведет к увеличению числа ремней.

Значение d 1 следует принимать по ГОСТ, таблица 2, или из ряда чисел, рекомендуемых для размеров, таблица 3.

Таблица 1

Примечание: в скобках даны обозначения ремней в международной системе ISO.

Размеры сечения ремня показаны на рис. 3.

Таблица 2

3. Определяется диаметр ведомого шкива, приближенно

Полученное значение округляется до ближайшего по ГОСТ, таблица 2, если привод проектируется для серийного производства. В других случаях, в том числе и при учебном проектировании, значения диаметров можно принимать из ряда чисел, таблица 3.

4. Уточняется передаточное число с учетом коэффициента скольжения e

Можно принять ε =0,01…0,02. Отклонение значения u от заданного допускается до 4 %.

5. Предварительно определяется межосевое расстояние, , мм.

Межосевое расстояние ременных передач можно назначать в широких пределах. От величины а зависит длина ремня. Предварительно его можно ориентировочно определить в зависимости от передаточного числа u и диаметра d 2 по таблице 4 , .

Таблица 4

При необходимости наименьшее или наибольшее значения межосевого расстояния можно определить по формулам:

где h – высота ремня, мм, таблица 1.

Однако межосевое расстояние следует принимать при определенных требованиях к габаритам передачи. В практических расчетах, если нет особых требованиям к габаритам передачи, рекомендуется принимать значение не меньше, чем полученное по таблице 4. Значение межосевого расстояния, выбранное близко к , может создать затруднения при компоновке привода, а также при конструировании механизма натяжения.

6. Расчетная длина ремня

, мм

значение длины ремня выбирается по ГОСТ, таблица 5. Если нет специальных требований к габаритам передачи, то рекомендуется выбирать l близкое к расчетному, желательно большее значение. Увеличение длины ремня способствует уменьшению числа циклов нагружения и увеличению срока службы ремня, но при этом увеличиваются габариты передачи.

Таблица 5

7. Уточняется межосевое расстояние,

8. Угол обхвата меньшего шкива, a, град.,

.

Угол a для клиноременных передач должен быть не менее 120 о, при меньших значениях снижается тяговая способность передачи.

9. Определяется окружная скорость, V

10. Номинальная мощность Р о , передаваемая одним ремнем при условии: a =180 о, u =1, нагрузка без колебаний, для базовой длины ремня , выбирается по таблице 6.

Таблица 6

Мощность Р 0 , кВт, передаваемая одним ремнем.

Примечание : в скобках даны обозначения ремней в международной системе ISO.

Клиновые ремни изготавливают в виде замкнутой бесконечной ленты. Для передач общего назначения по ГОСТ 1284.1-89 изготовляют семь типов клиновых ремней 0, А, Б, В, Г, Д, Е, отличающихся размерами поперечного сечения. Размеры сечения соответственно увеличиваются от типа 0 к Е.

11. Мощность, передаваемая одним ремнем Р р в условиях эксплуатации рассчитываемой передачи

, кВт,

где: С a коэффициент угла обхвата, таблица 7, С l коэффициент длины ремня, таблица 8, С u коэффициент передаточного отношения, таблица 9, С р коэффициент режима нагрузки, таблица 10.

Таблица 7

Таблица 8

Таблица 9

Таблица 10

12. Определяется число ремней, z

где: С z коэффициент числа ремней, таблица 11.

Вначале определяют z без учета коэффициента C z , а затем уточняют число ремней z .

Таблица 11

Принимается целое число ремней. Рекомендуется z £6, т.к. размеры ремней и канавок имеют неизбежные отклонения. Чем больше ремней, тем больше неравномерность натяжения и загрузка их. В передаче появляются дополнительные скольжения, износ и потеря мощности.

Если число ремней получается дробным, то выбор z рекомендуется производить из следующих условий:

Если дробная часть меньше 0,2, то z можно округлить в меньшую сторону, что приведет к незначительному уменьшению срока службы ремней,

Если дробная часть больше 0,8, то z следует округлить в большую сторону, что приведет к некоторому увеличению долговечности ремней,

Если дробная часть составляет от 0,2 до 0,8, то следует расчет повторить, изменив диаметры шкивов и длину ремня, по рекомендациям, приведенным выше. Таким образом, можно получить значение z близкое к целому числу.

13. Предварительное натяжение каждой ветви ремня, F o

Установку натяжения ремня и его контроль при эксплуатации передачи наиболее просто производить по стреле прогиба ветви ремня под действием определенной нагрузки. Определение стрелы прогиба и схема измерения приведена в Приложении 3.

14. Окружная сила

15. Определяются силы, действующие в ветвях ремня (в расчете на один ремень)

, Н,

, Н.

16. Определяется сила, действующая на валы и подшипники от предварительного натяжения, F в

, H.

Величина этой силы в дальнейшем может быть использована при определении опорных реакций, расчете валов, определении долговечности подшипников.

17. Частота пробегов ремня

допускаемое число пробегов для клиновых ремней рекомендуется =10 с -1 . Если условие n p £ не удовлетворяется, то следует увеличить длину ремня.

18. Определяются основные размеры шкивов, таблица 12, разрабатывается их конструкция, выбирается способ крепления на валах.

Таблица 12

Шкивы клиноременных передач

Профили канавок для ремней нормального сечения и их размеры

Примечание : Материал шкивов – чугун СЧ 15, сталь 25 Л.

Шероховатость рабочих поверхностей Ra < 2,5 мкм.

19. Выбирается способ натяжения ремней.

Способы натяжения ремней.

Передача вращающего момента от ведущего шкива к ремню и от ремня к ведомому шкиву происходит за счет силы трения между ремнем и шкивом. Сила трения зависит от величины предварительного натяжения ремня, которое осуществляют следующими способами:

1. Периодическим подтягиванием ремня (по мере его вытяжки) с помощью винта, за счет перемещения электродвигателя по салазкам (Приложение 1, рис. 1). Периодическое регулирование натяжения требует систематического наблюдения за передачей и в случае уменьшения натяжения может появиться буксование, что приведет к быстрому износу ремня. Тем не менее, этот способ наиболее часто применяется на практике. Параметры салазок приведены в таблице, (Приложение 2).

2. Натяжным роликом, устанавливаемым с наружной стороны ведомой ветви ремня ближе к шкиву малого диаметра (Приложение 1, рис. 2). Это способствует увеличению угла обхвата малого шкива. Поджим натяжного ролика может быть периодическим или же с помощью пружины. Недостатком этого способа является изгиб ремня в обратную сторону, что ускоряет процесс усталостного разрушения ремня. Для клиноремённых передач этот способ практически не применяется.

3. Под действием силы тяжести электродвигателя, установленного на качающейся плите, и винтового устройства, (Приложение 1, рис. 3).

4. Автоматически за счет применения зубчатой пары в сочетании с ременной передачей. Способ используется редко из-за усложнения конструкции.

Значение натяжения ремня оказывает существенное влияние на долговечность, тяговую способность и КПД передачи.

При конструировании натяжного устройства необходимо определить ход шкива, обеспечивающий надевание ремня и натяжение его.

Уменьшение межосевого расстояния для надевания ремня рекомендуется принимать в зависимости от длины ремня , а увеличение при натяжении ремня . Конструкция салазок должна обеспечить достаточный ход шкива с запасом.

Результаты расчета следует представить в виде таблицы, содержащей основные параметры передачи, а также эскизы шкивов.

3. Пример расчета клиноременной передачи

Исходные данные: мощность на ведущем шкиве Р 1 = 7 кВт, вращающий момент на ведущем шкиве Т 1 = 45,5 Нм, частота вращения ведущего шкива n 1 = 1470 мин -1 , передаточное число u = 3, характер нагрузки: имеют место умеренные колебания (например, привод ленточного конвейера).

16. Сила, действующая на вал и подшипники F в

15. Частота пробегов ремня

с -1 < , =10 с -1 .

15. Определяются основные размеры шкивов, разрабатывается их конструкция

Ширина шкива В =63 мм, наружные диаметры шкивов D 1 =148,5 мм, D 2 =428,5 мм.

Результаты расчета

Тип сечения ремня Б

Расчетные диаметры шкивов, мм d 1 =140, d 2 =420

Передаточное отношение u =3,03

Длина ремня, мм l =2000

Межосевое расстояние, мм а =542

Количество ремней z =3

Окружная скорость, м/с V =10,8

Окружная сила, Н F t =648,15

Усилие предварительного натяжения, Н F 0 =221

Сила, действующая на валы и подшипники, Н F в =1282,3

Число пробегов ремня в 1 сек. n р =5,4

Ременной передачей называется кинематический механизм передающий энергию с помощью гибкой связи использующей трение между ремнем и шкивом.

Составными частями ременной передачи являются расположенные на некотором расстоянии друг от друга ведущий и ведомый шкивы, которые огибаются специальным приводным ремнем.

Уровень передаваемой нагрузки при ременной передаче зависит от таких факторов, как напряжение натяжения ремня, коэффициент трения и угол обхвата шкива.

Ременные передачи

Ременные передачи бывают различных типов и классифицируются в зависимости о того, какую форму имеет поперечное сечение ремня. По этому критерию специалисты различают передачи круглоременные, клиноременные и плоскоременные. При этом в технике наиболее распространены клиновидные и плоские ремни.

Главным преимуществом плоских ремней является то, что их напряжение в местах соприкосновения со шкивами минимально, а клиновидных – то, что, благодаря своему профилю, они характеризуются повышенной тяговой способностью. Что касается круглых ремней, то их чаще всего можно встретить в машинах и механизмах, имеющих относительно небольшие размеры, к примеру, приборах, настольных станках, оборудовании пищевой и швейной промышленности.

Основными плюсами, которые имеют ременные передачи , являются следующие: несложная конструкция и невысокая стоимость; возможность обеспечения трансляции вращательного момента на большие расстояния; простота в эксплуатации и обслуживании; безударность работы и плавность хода.

В то же самое время ременные передачи имеют и целый ряд недостатков, к которым следует отнести: относительно большие размеры не позволяющие использовать их в ряде случаев; недолговечность при использовании на быстроходных механизмах; невозможность обеспечения постоянного передаточного отношения ввиду проскальзывания ремня; большие нагрузки на опоры и валы.

Следует также подчеркнуть, что надежность ременных передач существенно ниже, чем трансмиссий других типов, поскольку не исключены и достаточно часто случаются обрывы ремней и их соскакивания со шкивов. Именно поэтому ременные передачи требуют большего внимания с точки зрения обслуживания, и за ними нужно постоянно следить.

В зависимости от того как расположены оси шкивов, а так же от их назначения плоскоременные передачи разделяются на следующие типы: открытые передачи, передачи со ступенчатыми шкивами, перекрестные передачи и передачи с натяжным роликом.

Открытые передачи, характеризуются параллельными осями и тем, что шкивы вращаются в одном и том же направлении.

Передачи со ступенчатыми шкивами обеспечивают возможность изменения угловой скорости вращения ведомого вала при постоянной скорости ведущего вала.

У перекрёстных передач шкивы вращаются в противоположных направлениях, а их оси параллельны.

Передачи с натяжным роликом обеспечивают натяжение ремня в автоматическом режиме и увеличение угла обхвата шкива с небольшим диаметром.

Основными материалами для изготовления плоских ремней являются кожа, шерстяные, прорезиненные и хлопчатобумажные ткани, причем они могут иметь различную ширину. Какие именно из них используются в каждом конкретном случае, зависит от назначения ремня и условий его эксплуатации. Кроме того, немаловажное значение имеет и та нагрузка, которую будет испытывать ремень во время функционирования передачи.

Конструкция плоскоременной передачи относительно несложная, ее можно с успехом применять тогда, когда требуется высокие скоростные характеристики кинематических механизмов и большие расстояния между осями шкивов.

Основным признаком клиноременной передачи является то, что ее приводной ремень имеет трапециевидное сечение с углом профиля, равным 40 ° . По сравнению с ремнем плоского типа она способна передавать достаточно большие тяговые усилия, однако КПД ее существенно ниже.

Главная функция любого приводного ремня – это передача тягового усилия, и поэтому ему необходимо быть прочными, износостойкими, долговечными, обеспечивать хорошее сцепление со шкивами и при этом быть относительно недорогими.

Основная сфера использования клиноременных передач – машины и механизмы с малыми межосевыми расстояниями и большими передаточными отношениями. Оси валов при этом чаще всего располагаются в вертикальной плоскости.

Зубчатые ремни чаще всего изготавливаются из такого прочного и современного синтетического материала, как полиамид. В них довольно удачно сочетаются преимущества, которые имеют зубчатые зацепления и плоские ремни.

Эти ремни на своих рабочих поверхностях имеют небольшие выступы, которые во время работы входят в небольшие выемки, расположенные на шкивах. Они неплохо подходят для тех передач, которые передают вращение на высоких скоростях, а межосевое расстояние при этом невелико.

Для плоскоременных передач самой предпочтительной формой рабочей поверхности, которую имеет шкив, является гладкая поверхность, имеющая некоторую выпуклость. Что касается клиновидных ремней, то у них рабочими являются боковые поверхности шкивов. Шкивы изготавливаются из таких материалов, как сталь, пластические массы, алюминиевые сплавы и чугун.

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.