Шгн. Лекция 08. Ременные передачи
 Скачать 1.17 Mb.
|
|
Раздел 8. Ременные передачи. Ременная передача относится к передачам трением с гибкой связью и может применяться для передачи движения между валами, находящимися на значительном расстоянии один от другого. Она состоит (рис) из двух шкивов (ведущего, ведомого) и охватывающего их ремня. Ведущий шкив силами трения, возникающими на поверхности контакта шкива с ремнем вследствие его натяжения, приводит ремень в движение. Ремень в свою очередь заставляет вращаться ведомый шкив. Таким образом, мощность передается сведущего шкива на ведомый. Рис. Виды ременных передача открытая передача б — перекрестная передача в — полуперекрестная передача (со скрещивающимися валами г — угловая передача (с направляющим роликом д — передача с нажимным роликом е — передача со ступенчатым шкивом Для нормальной работы передачи необходимо предварительное натяжение ремня, обеспечивающее возникновение сил трения на участках контакта (ремень—шкив). Оно осуществляется 1) вследствие упругости ремня — укорочением его при сшивке, передвижением одного вала или с помощью нажимного ролика 2) под действием силы тяжести качающейся системы мы или силы пружины 3) автоматически, в результате реактивного момента, возникающего на статоре двигателя 4) с применением специальных натяжных устройств (рис, д ирис. Так как на практике большинство передач работает с переменным режимом нагрузки, то ремни с постоянным предварительным натяжением в период недогрузок оказываются излишне натянутыми, что ведет к резкому снижению долговечности. С этих позиций целесообразнее применять третий способ, при котором натяжение меняется в зависимости от нагрузки и срок службы ремня наибольший. Однако автоматическое натяжение в реверсивных передачах с непараллельными осями валов применить нельзя. Рис. Регулировка натяжения ремня перемещением двигателя 1 — ремень 2 — шкив 3 — натяжное устройство Классификация. Ременные передачи классифицируют последующим признакам. 1. По форме сечения ремня - плоскоременные риса- клиноременные (рис, б - круглоременные (рис, в - с зубчатыми ремнями (рис, д - с поликлиновыми ремнями (рис, г. Рис. Типы ремней ременных передача плоский ремень б — клиновый ремень в — круглый ремень г — поликлиновый ремень д — зубчатый ремень 2. По взаимному расположению осей валов - с параллельными осями (см. риса, б - с пересекающимися осями — угловые (см. рис г - со скрещивающимися осями (см. рис, в. 3. По направлению вращения шкива - с одинаковым направлением (открытые и полуоткрытые) (см. риса- с противоположными направлениями (перекрестные) (см. рис, б. 4. По способу создания натяжения ремня - простые (см. риса- с натяжным роликом (см. рис, д - с натяжным устройством (см. рис. 5. По конструкции шкивов - с однорядными шкивами (см. рис, ад - со ступенчатыми шкивами (см. рисе. Область применения. Ремни должны обладать достаточно высокой прочностью при действии переменных нагрузок, иметь высокий коэффициент трения при движении по шкиву и высокую износостойкость. Ременные передачи применяются для привода агрегатов от электродвигателей малой и средней мощности для привода от маломощных двигателей внутреннего сгорания. Наибольшее распространение в машиностроении находят клиноременные передачи (в станках, автотранспортных двигателях и т. п. Эти передачи широко используют при малых межосевых расстояниях и вертикальных осях шкивов, а также при передаче вращения несколькими шкивами. При необходимости обеспечения ременной передачи постоянного передаточного числа и хорошей тяговой способности рекомендуется устанавливать зубчатые ремни. При этом не требуется большего начального натяжения ремней опоры могут быть неподвижными. Плоскоременные передачи применяются как простейшие, с минимальными напряжениями изгиба. Плоские ремни имеют прямоугольное сечение, применяются в машинах, которые должны быть устойчивы к вибрациям (например, высокоточные станки. Плоскоременные передачи в настоящее время применяют сравнительно редко (они вытесняются клиноременными). Теоретически тяговая способность клинового ремня притом же усилии натяжения в 3 раза больше, чему плоского. Однако относительная прочность клинового ремня по сравнению с плоским несколько меньше (в нем меньше слоев армирующей ткани, поэтому практически тяговая способность клинового ремня приблизительно в два раза выше, чему плоского. Это свидетельство в пользу клиновых ремней послужило основанием для их широкого распространения, в особенности в последнее время. Клиновые ремни могут передавать вращение на несколько валов одновременно, допускают u max = 8 – 10 без натяжного ролика. Круглоременные передачи (как силовые) в машиностроении не применяются. Их используют в основном для маломощных устройств в приборостроении и бытовых механизмах (магнитофоны, радиолы, швейные машины и т. д. Передаваемая мощность силовых ременных передач практически достигает 50 кВт, хотя известны плоскоременные передачи мощностью и 1500 кВт. Скорость ремня v = 5 - 30 мс (в сверхскоростных передачах v = 100 мс. В механических приводах ременная передача используется чаще всего как понижающая передача. Максимальное передаточное отношение U max = 5 – 6 для передач без натяжного ролика и U max = 6 – 10 для передач с натяжным роликом, допускают кратковременную перегрузку до 200%. Достоинства - возможность расположения ведущего и ведомого шкивов на больших расстояниях более 15 метров) (что важно, например, для сельскохозяйственного машиностроения - плавность хода, бесшумность работы передачи, обусловленные эластичностью ремня - малая чувствительность к толчками ударам, а также к перегрузкам, способность пробуксовывать - возможность работы с большими угловыми скоростями - предохранение механизмов от резких колебаний нагрузки вследствие упругости ремня - возможность работы при высоких оборотах - простота конструкции и дешевизна. Недостатки - непостоянство передаточного числа вследствие проскальзывания ремней - постепенное вытягивание ремней, их недолговечность - необходимость постоянного ухода (установка и натяжение ремней, их перешивка и замена при обрыве и т. п - сравнительно большие габаритные размеры передачи - высокие нагрузки на валы и опоры из-за натяжения ремня - опасность попадания масла на ремень - малая долговечность при больших скоростях (в пределах от 1000 до 5000 ч - необходимость натяжного устройства. Плоскоременная передача. Конструкция и основные геометрические соотношения Ременную передачу с параллельными, пересекающимися или скрещивающимися осями с плоским приводным ремнем называют плоскоременной. На рис. 1 показаны варианты плоскоременной передачи. Эта передача проста по конструкции, может работать при весьма высоких скоростях (до 100 мс) и больших межосевых расстояниях (дом. Вследствие большой эластичности ремня она обладает сравнительно высокой долговечностью. Для плоскоременных передач рекомендуется принимать и < 6 (сна- тяжным роликом — до 10). До появления клиноременной передачи плоскоременная имела преимущественное распространение. На практике встречаются самые различные конструкции передач, с плоским ремнем. Рассмотрим наиболее типичные - открытая см. риса самая простая, надежная и удобная в работе передача ее применяют при параллельных осях - перекрестная см. рис, 6) — используется при необходимости вращения шкивов в противоположных направлениях и параллельных осях. Имеет повышенное изнашивание кромки ремня. Эта передача не находит широкого применения - полуперекрестная см. рис, в) — передача для перекрещивающихся осей - угловая рис, г) — рекомендуется при пересекающихся осях (преимущественно под углом 90°). Материалы плоскоременных передач. Общие требования к материалам приводных ремней износостойкость и прочность при циклических нагрузках высокий коэффициент трения со шкивами малый модуль упругости и изгибную жесткость. Этим условиям удовлетворяют высококачественная кожа и синтетические материалы (резина, армированные белтинговым тканевым (ГОСТ 6982-54), полимерным капрон, полиамид С, каучук СКН-40, латекс) или металлическим кордом. Применяются прорезиненные тканевые ремни (ГОСТ 101-54), слоистые нарезные ремни с резиновыми прослойками, послойно и спирально завёрнутые ремни. В сырых помещениях и агрессивных средах применяют ремни с резиновыми прокладками. Шкивы изготовляют из чугуна марки СЧ, СЧ, СЧ и др. Шкив сварных конструкций изготовляют из стали марок Ст, Ст и др. Для шкивов облегченных конструкций используют алюминиевые сплавы, текстолиты. Для уменьшения проскальзывания ремня для изготовления шкивов ременной передачи желательно выбрать текстолит. По сравнению с перечисленными материалами в этом случае передача будет иметь большую надежность работы без пробуксовки. Конструкции ремней для плоскоременных передач. В машиностроении применяется в основном четыре вида плоских приводных ремней. Размеры и характеристики кожаных, прорезиненных и хлопчатобумажных ремней стандартизованы (табл. 1). Кожаные ремни изготовляют из кожи животных (кожу подвергают специальному дублению. Эти ремни обладают высокой тяговой способностью, эластичностью и износостойкостью, допускают меньшие диаметры шкивов. Однако из-за дефицитности и высокой стоимости в настоящее время их применяют редко, только для особо ответственных конструкций. Основа прорезиненного ремня — прочная кордовая провулканизованная техническая хлопчатобумажная ткань в 2-9 слоев связанных между собой вулканизированной резиной. Ткань, имеющая больший модуль упругости, чем резина, передает основную часть нагрузки. Резина повышает коэффициент трения, обеспечивает работу ремня как единого целого и защищает ткань от повреждений и истирания вовремя работы передачи. Вследствие прочности, эластичности, малой чувствительности к влаге и колебаниям температуры прорезиненные ремни широко распространены. В зависимости от варианта укладки тканевой основы перед вулканизацией ремни делят натри типа (рис А — нарезные (ткань нарезается по ширине ремня, применяются наиболее часто, скорость ремня до 30 мс Б — послойно- завернутые, используются для тяжелых условий работы при скоростях до 20 мс В — спирально-завернутые, применяются при малых нагрузках и скоростях до 15 мс, обеспечивает повышенную износостойкость кромок. Наиболее гибкие ремни типа А, они получили преимущественное распространение. Текстильные ремни хлопчатобумажные и шерстяные) пригодны для работы в атмосфере запыленной, насыщенной парами щелочей, бензина, при резких колебаниях нагрузки, но тяговая способность их сравнительно низкая. Широкое распространение получают пленочные ремни из капроновой ткани или саржи с фрикционным покрытием (пленкой. Высокая статическая и усталостная прочность синтетических материалов дала возможность снизить толщину ремня ( = 0,4÷1,2 мм, его массу и действие центробежных сил. Это позволило повысить скорость ремня от 25÷30 (для обычных ремней) до 75÷150 мс и одновременно обеспечить большую плавность работы, что особенно важно для современного машиностроения. Таблица 1. Основные технические характеристики плоских ремней Параметры Кожаные Прорезиненные Хлопчатобумажные Тип А Тип Б Тип В Ширина ремней b, мм 10-560 20; 25; 30; 40; 45; 50; 60; 70; 75; 80; 85; 90; 100; 125; 150; 200; 250; 300; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1100 20; 25; 30; 40; 45; 50; 200; 250; 300; 375; 400; 425; 450; 500 20; 25; 30; 40; 50; 60; 70; 75; 80; 85; 90; 110; 125; 150; 200; 250; 300; 375; 400; 425; 450; 500 30-250 Толщина ремня, мм (3-6) одинарные) 6; 8; 10; 12; 14; 16 3; 4; 5; 6; 7; 5; 9; 10,5; 12; 13,5 2,5; 3,75; 5; 6,25; 7,5; 8,75; 10; 11,25 4,5; 6,5; 8,5 Число прокладок слоев) — 3-9 2-9 3-9 4-8 Напряжение начального натяжения , МПа 1,6 1,8 2,0 2,4 1,6 1,8 2,0 2,4 1,6; 1,8; 2,0; 2,4 2,7 2,9 3,2 3,6 2,3 2,5 2,7 3,1 2,0; 2,1; 2,3; 2,5; 4; 15; 17; 20 33 40 27 30 9 10 11 14 Отношение a/D min : рекомендуемое допускаемое 0,025-0,033 0,028 0,04 0,025 0,0033 0,028-0,04 Наибольшая рекомендуемая скорость 40 30 20 15 25 Плотность, кг/м 3 980 1200-1500 750-1050 Модуль продольной упругости Е, МПа 98,1—147 78,5-118 29,4-59 s, w — опытные коэффициенты. Рис. Конструкции плоских ремней Прорезиненные ремни всех типов изготовляют как без резиновых обкладок (для нормальных условий работы, таки с обкладками (для работы в сырых помещениях, а также в среде, насыщенной парами кислот и щелочей. Синтетические тканевые ремни изготовляют из капроновой или нейлоновой ткани. Эти ремни имеют малую массу и сравнительно высокий коэффициент трения с шкивом ( << 0,5). Применяются в приводах быстроходных и сверхбыстроходных передач ( < 100 мс. Хлопчатобумажные ремни изготовляют на ткацких станках из хлопчатобумажной пряжи в несколько переплетающихся слоев (четыре-восемь) с последующей пропиткой азокеритом и битумом. Хлопчатобумажные ремни имеют меньшую стоимость, чем прорезиненные. Шерстяные ремни изготовляют из шерстяной пряжи, переплетенной и прошитой хлопчатобумажной пряжей, пропитанной составом из олифы, мела и железного сурика. Нагрузочная способность этих ремней выше, чем хлопчатобумажных. Находят применение в химической промышленности. Соединение ремней. Плоские ремни в основном изготовляют в виде длинных лент и поставляют потребителю в рулонах. Перед установкой ремня производят соединение его концов (для получения замкнутой ленты) методом склеивания, сшивания или скрепления металлическими деталями. Соединение концов ремней оказывает большое влияние на работу передачи, особенно при больших скоростях. Выбирая тип соединения следует учитывать рекомендации специальной литературы. Сшивка — широкодоступный метод, приемлемый для любых типов ремней. Сшивку концов ремня встык или внахлестку производят ушивальниками — ремешками из сыромятной кожи. Иногда для сшивки применяют жильные струны (диаметром 1,5— 3,0 мм. СОЕДИНЕНИЯ КОНЦОВ РЕМНЯ Самый совершенный способ соединения – склеивание, которое производят для однородных ремней по косому срезу (а, для слоёных по ступенчатой поверхности (б. Надёжным способом считают сшивку встык жильными струнами (в, г. Из механических соединений лучшими являются проволочные спирали, которые продеваются в отверстия и после прессования обжимают концы ремней (д. Конструкции шкивов. Шкив (риса) состоит из обода 1, спин (или диска) 2 и ступицы 3. Плоскоременные шкивы имеют гладкую рабочую поверхность обода и по стандарту выполняются трех исполнений (рис, б Для предупреждения спадания плоского ремня со шкивов один из них (чаще больший) выполняют с выпуклым ободом, описанным по дуге, или цилиндрическими с двусторонней конусностью (рис, б. Стрелу выпуклости обода шкива h принимают в зависимости от диаметра шкива D и ширины ремня b. Ведущий шкив применяют второго исполнения, ведомый — первого и второго. Шероховатость R Z 10 мкм. Шкивы обычно изготавливают чугунными литыми, стальными, сварными или сборными, литыми из лёгких сплавов и пластмасс. Диаметры шкивов определяют из расчёта ременной передачи, а потом округляют до ближайшего значения из ряда R40 ГОСТ 17383-73*). Чугунные шкивы применяют при скоростях до 30÷45 мс. Шкивы малых диаметров до 350 мм имеют сплошные диски, шкивы больших диаметров – ступицы эллиптического переменного сечения. Стальные сварные шкивы применяют при скоростях 60÷80 мс. Шкивы из лёгких сплавов перспективны для быстроходных передач до 100 мс. Рис. Конструкции шкивов плоскоременных передач При большой окружной скорости (v > 20 мс) оба шкива делают первого исполнения. Основные размеры шкивов регламентированы стандартом их выбирают по табл. При этом ширину обода шкива В см. риса) выбирают в зависимости от ширины ремня b см. рис, б Таблица 2. Размеры плоскоременных шкивов для плоских ремней (рис, мм b В b В 30 40 80 100 40 50 85 100 50 60 90 100 60 70 100 125 70 85 125 150 75 85 D, мм Стрела выпуклости обода h при В, мм Не более 125 140-160 180-200 224-250 280-315 355 Не менее 400 400 450 — 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 500 560 — — 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 630 1,0 — 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 710 — 800 — 1,5 — — 2,5 2,5 2,5 900 — — 2,0 Обозначения D — диаметр шкива В — ширина шкива b — ширина ремня. У шкивов быстроходных передач рабочая поверхность выполняется полированной. При скорости v > 5 мс шкивы подвергаются статической балансировке, шкивы быстроходных передач — динамической. Геометрия передачи, кинематические соотношения и КПД плоскоременной передачи Основные геометрические параметры и — диаметры ведущего и ведомого шкивов а — межосевое расстояние В — ширина шкива L — длина ремня — угол обхвата — угол между ветвями ремня (рис. 3 2 Рис. Основные геометрические параметры ременных передач Углы и , соответствующие дугам, по которым происходит касание ремня и обода шкива, называют углами обхвата. Перечисленные геометрические параметры являются общими для всех типов ременных передач. Расчет геометрических параметров. 1. Межосевое расстояние (1) где L — расчетная длина ремня D 1 и D 2 — диаметры ведущего и ведомого шкивов. Для нормальной работы плоскоременной передачи должно соблюдаться условие (2) при этом а должно быть не болеем. Расчетная длина ремня (3) на сшивку добавляют еще 100—300 мм. 3. Диаметр ведущего шкива (малого, мм (4) где — мощность на ведущем валу, кВт — угловая скорость ведущего вала, рад/с. 4. Диаметр ведомого шкива (5) где и — передаточное число — коэффициент скольжения. При диаметре D > 300 мм шкивы изготовляют с четырьмя—шестью спицами. Для шкивов, имеющих отклонения от стандартных размеров, производят расчет на прочность. Обод рассчитывают на прочность как свободно вращающееся кольцо под действием сил инерции спицы рассчитывают на изгиб. Допускаемые углы обхвата ременных передач. Вследствие вытяжки и провисания ремня при эксплуатации углы обхвата измеряются приближенно (6) В формуле (6) выражение (7) где — угол между ветвями ремня (для плоскоременной передачи ( < 30°)). Угол между ветвями ремня влияет на величину углов обхвата ( и ). Рекомендуется принимать также значение диаметров шкивов ( и ), чтобы соблюдалось условие (8) где для плоскоременной передачи = 150°, для клиноременной — = 120°. Передаточное число. Временной передаче, как и во фрикционной, в результате упругого скольжения ремня окружные скорости неодинаковые. Отсюда передаточное число (9) где , — угловая скорость и частота вращения ведущего шкива , — тоже, ведомого шкива , — диаметры ведущего и ведомого шкивов — коэффициент скольжения. Относительная потеря скорости на шкивах характеризуется коэффициентом скольжения при незначительном значении этого коэффициента ( < 0,02) приближенно имеем (1 0) КПД ременных передач. Учитывая потери при работе, КПД передачи определяют из выражения (11) где — относительные потери, связанные со скольжением на шкивах и вследствие упругости ремня — относительные потери в опорах — относительные потери от сопротивления воздуха (учитываются лишь при больших шкивах со спицами. Если известная мощность на ведущем шкиве и мощность на ведомом уменьшенная за счет потерь, то КПД передачи (1 2) для плоскоременной открытой передачи среднее значение КПД 0,96—0,98; для клиноременной передачи 0,95—0,96; для передачи с натяжным роликом 0,95. |