Лаборатооная работа по прикладной механике. 1 ременные передачи 1 Общие теоретические сведения о ременных передачах
 Скачать 0.51 Mb.
|
|
1 1 РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ 1.1 Общие теоретические сведения о ременных передачах Ременная передача содержит ведущий шкив 1 и ведомый шкив 2, охватываемые гибким ремнем 3 (рис. 1.1). Она предназначена для передачи вращающего момента в кинематической цепи, как правило, с изменением частоты вращения и вращающего момента. Вращающий момент передается за счет сил трения, создаваемых предварительным натяжением ремня. Ветвь ремня, набегающая на ведущий шкив, называется ведущей, сбегающая с него - ведомой. Рис. 1.1. Схема ременной передачи Достоинства ременных передач: – простота конструкции; – защита от перегрузок в результате проскальзывания ремня по шкиву; – возможность передачи движения на значительные расстояния; – не требуют смазки. Недостатки ременных передач: • малый срок службы ремней в быстроходных передачах; • необходимость защиты ремня от попадания масла; • большие нагрузки на валы и опоры; • отсутствие жесткой кинематической связи. а б в г д Рис. 1.2. Поперечные сечения ремней на шкивах 2 По форме поперечного сечения различают ремни: плоские (рис. 1.2, а), клиновые (рис. 1.2, б), поликлиновые (рис. 1.2, в), круглые (рис. 1.2, г) и зубчатые (рис. 1.2, д). За расчетные диаметры d p для плоскоременной передачи принимают диаметр наружной поверхности шкива, для клиноременной и круглоременной – диаметр окружности по нейтральной линии ремня. В покое , для обеспечения работы, ремень предварительно натягивают с силой F 0 = 0,5(F 1 + F 2 ), где F 1(2) – сила натяжения ведущей и ведомой ветви. В состоянии покоя, ведомая и ведущая ветвь ремня нагружена одинаковой силой предварительного натяжения F 0 . Эта сила практически сохраняется и на холостом ходу передачи. На холостом ходу натяжение ремня с учетом действия центробежных сил, под действием которых ремень дополнительно растягивается, будет F 0xх = F 0 + χF ц , где F 0хх – сила предварительного натяжения на холостом ходу передачи; χ – коэффициент, учитывающий снижение сил прижатия ремня к шкиву под действием силы F ц (0 ≤ χ ≤ 1). Коэффициент χ зависит от соотношения жесткостей ремня и деталей передачи (в том числе и жесткости валов). Для передач без устройств натяжения с ремнями невысокой жесткости χ = 0; с устройствами для натяжения ремня χ = 0,5; при автоматическом натяжении χ = 1. Под нагрузкой натяжение ветвей ремня перераспределяется, ведущая ветвь дополнительно натягивается до значения F 1 (рис. 1.1), а ведомая ветвь при этом разгружается от предварительного натяжения до величины F 2 . Сумма натяжений ветвей под нагрузкой сохраняется, т.е. F 1 + F 2 = 2F 0 , а разность натяжений ветвей равна окружной силе: F t = F 1 - F 2 При этом же, окружная сила F t на шкивах, 2 2 1 1 2 2 d T d T T T , (1.1) где T 1(2) - вращающий момент на ведущем и ведомом шкиве, Н·мм; d 1(2) - диаметр ведущего и ведомого шкива, мм. Приведенные зависимости показывают, что с увеличением усилия предварительного натяжения ремня F 0 окружное усилие F t и передаваемый вращающий момент T 1 возрастают. Наличие разных сил в ведущей F 1 и ведомой F 2 ветвях является причиной: - разных напряжений A F 1 1 и A F 2 2 в этих ветвях, где А - площадь поперечного сечения ремня, мм 2 ; - относительных деформаций в ветвях ремня E 1 1 и E 2 2 , где Е - модуль упругости материала ремня, МПа; - появления упругого скольжения ремня 2 1 на шкивах работающей передачи. Причем 2 1 и 2 1 3 Тяговая способность передачи характеризуется окружной силой F t , передаваемой при данном предварительном натяжении ремня F 0 и скольжении ремня ε. Тяговая способность повышается с увеличением: дуги обхвата β, коэффициента трения f, предварительного натяжения F 0 , а уменьшается с ростом скорости ремня V из-за действия центробежных сил. В начале дуги обхвата β 1(2) – на дуге сцепления β сд 1(2) (рис. 1.1), ремень движется вместе со шкивом, а скольжение происходит на оставшейся части дуги обхвата – дуге скольжения β с 1(2) . С увеличением вращающего момента величины этих дуг возрастают, достигая предельных значений, равных дугам обхвата ремнем шкивов, т.е. β с 1(2) = β 1(2) Физический процесс взаимодействия ремня со шкивом достаточно сложный. Потери мощности в ременной передаче зависят от множества динамических переменных. Поэтому выбор рациональных режимов эксплуатации ременной передачи проводится, как правило, расчетно-экспериментальным методом. В качестве критерия оценки рациональных режимов эксплуатации ременной передачи используют: • коэффициент упругого скольжения ремня 1 1 2 2 1 2 1 2 1 1 n d n d V V V , (1.2) где V 1(2) - окружные скорости ведущего и ведомого шкивов, м/с; n 1(2) - частоты вращения ведущего и ведомого шкивов, мин -1 ; • коэффициент полезного действия 1 1 2 2 1 2 1 2 n T n T i T T P P , (1.3) где Р 1(2) - мощность на ведущем и ведомом шкивах, Вт; i - передаточное отношение передачи. Эффективность сцепления ремня со шкивом обусловлена многими факторами, в частности: типом и конструкцией ремня, величиной предварительного натяжения ремня, материалом и состоянием взаимодействующих поверхностей и др. Тяговая способность передачи оценивается коэффициентом тяги φ, который наглядно показывает, какая часть начального натяжения ремня используется для передачи полезной окружной силы F t 0 0 2 1 2 2 F F F F F t (1.4) По результатам расчетно-экспериментальной оценки тяговой способности передачи строят графики кривых скольжения и КПД (рис. 1.3). Кривые скольжения строят по данным, полученным экспериментально для конкретного конструктивного исполнения передачи: 1) при заданном начальном натяжении ремня F 0 повышают полезную окружную силу F t (или момент Т 2 ); 4 2) вычисляют при фиксированном значении F t по формуле (1.4) коэффициент тяги φ; 3) экспериментально замеряют вращающие моменты Т 1 , Т 2 на валах и частоты вращения n 1 , n 2 валов; 4) по формуле (1.2) определяют коэффициент упругого скольжения ε и по формуле (1.3) КПД передачи η. Рис. 1.3. Кривые скольжения и КПД До некоторого критического значения коэффициента тяги φ к скольжение ремня вызывается его упругими деформациями, которые согласно закону Гука, пропорциональны нагрузке (зона упругого скольжения ремня по шкивам), и кривая скольжения имеет соответственно прямолинейный участок (рис. 1.3). При дальнейшем увеличении нагрузки появляется частичное буксование ремня по шкивам, прямая пропорциональность нарушается, кривая скольжения резко поднимается вверх, и при некотором предельном значении коэффициента тяги φ mах , наступает полное буксование ремня на одном из шкивов. При увеличении нагрузки видно, что КПД в начале графика растет, далее вследствие незначительного влияния потерь на холостом ходу, достигает максимума при критическом значении коэффициента тяги φ к , затем резко снижается в связи с дополнительными потерями на буксование. Кривые скольжения и КПД показывают, что рационально работать в зоне критических значений коэффициента тяги, где наиболее высокий КПД. Переход за критическое значение коэффициента тяги допустим только при кратковременных перегрузках. Работа передачи в этой зоне связана с повышенным износом ремня, а также с непостоянством передаточного отношения. Отношение φ max /φ к характеризует способность ременной передачи к перегрузкам. Оптимальное значение коэффициента тяги φ к , при котором достигается наибольший КПД передачи и некоторый запас по сцеплению, например: для прорезиненных φ к = 0,6, для хлопчатобумажных и синтетических φ к = 0,5, для 5 шерстяных плоских ремней φ к = 0,4, для круглых ремней φ к = 0,5, для клиновых ремней φ к = 0,6...0,75 и выше. 1.2 Описание экспериментальной установки Лабораторный стенд и его кинематическая схема представлены на рис. 1.4. а б Рис. 1.4. Лабораторный стенд: а) общий вид; б) кинематическая схема 6 Установка содержит: - электродвигатель 1; - натяжное устройство 2 исследуемой ременной передачи; - опорный ролик 3; - передачу 4 исследуемую ременную; - ведущий шкив 4.1; - ведомый шкив 4.2; - нагружающее устройство: - передачу 5 нагружающую плоскоременную; - ведущий шкив 5.1; - ведомый шкив 5.2; - натяжное устройство 6; - стопорный винт 18; - маховичок 19, 20; - торсионный вал 7, 8; - датчик момента 9, 10; - индуктивный датчик 11, 12; - тензометрический датчик 13; - раму 14; - пульт управления: - выключатель питания установки 15; - кнопку пуска электродвигателя 16; - кнопку останова двигателя 17. Принцип работы Электродвигатель 1 через торсионный вал 7 вращает ведущий шкив 4.1 исследуемой ременной передачи 4, передаточное отношение которой i 1 = 1 (без учета упругого скольжения). Ведомый шкив 4.2 исследуемой ременной передачи 4 передает вращение через торсионный вал 8 на ведущий шкив 5.1 нагружающей плоскоременной передачи 5, передаточное отношение которой i 2 = 0,72 (без учета скольжения). Шкив 5.2 установлен на валу электродвигателя 1 с обратной стороны и замыкает контур. Конструкция стенда с замкнутым контуром (циркуляцией мощности) позволяет менять нагрузку в замкнутом контуре в процессе его работы и проводить испытания по заданной методике изменения нагрузки. Циркулирующей называется внутренняя мощность, которая может возникнуть в некоторых замкнутых передачах в результате появления дополнительного момента. Эта мощность является условной, выражающей работу внутренних сил, так как действует только внутри замкнутого контура, не подводится извне и не снимается как обычная мощность. Ее величина определяется условно как произведение дополнительно возникшего в контуре момента на угловую скорость. Стенды с замкнутым контуром позволяют, в отличие от стендов с открытым контуром, создать большие усилия и моменты на передачах при небольшой 7 подводимой мощности, которая расходуется только на компенсацию потерь при работе передач стенда. Применение стенда с циркуляцией мощности для испытания ременных передач позволяет резко сократить мощность приводного двигателя, уменьшить стоимость стенда, уменьшить непроизводительные затраты энергии и исключить тормозные устройства. Основной недостаток такой схемы включения – это то, что испытания в режиме скольжения можно проводить только для одного элемента кинематической цепи, а момент, передаваемый через замкнутый контур, может регулироваться только изменением числа оборотов двигателя. Снимать пусковые, маневренные динамические качества на данном стенде невозможно. Создание дополнительного момента в замкнутом контуре происходит за счет изменения натяжения ремня передачи 5, что, в свою очередь, увеличивает нагрузку на исследуемой передаче 4. Поскольку передаточные отношения передачи 4 и передачи 5 различны, то они обе могут работать со скольжением от 0 до 26%. В начальный момент эксперимента нагружающая плоскоременная передача 5 работает с максимальным скольжением, а исследуемая ременная передача 4 с минимальным. При увеличении натяжения ремня передачи 5 ее скольжение уменьшается, а скольжение передачи 4 увеличивается. Вращающий момент на ведущем 4.1 и ведомом 4.2 шкиве исследуемой ременной передачи 4 измеряется при помощи датчика момента 9 и 10, соответственно. Датчик момента (на примере датчика момента 9) представляет собой торсионный вал 7 определенной жесткости, угол закручивания торсиона определяется двумя индуктивными датчиками 11 и 12. Датчик 12 также определяет частоту вращения торсионного вала. Двойное усилие предварительного натяжения ремня 2F 0 исследуемой ременной передачи 4 определяется с помощью пары тензометрических датчиков 13, расположенных на корпусе датчика момента 9. При работе установки синхронно замеряются моменты на ведущем Т 1 и ведомом Т 2 шкивах исследуемой ременной передачи 4 и вычисляется ее КПД и скольжение ε. |