Плоскоременные передачи
Наиболее типичные схемы передач плоским ремнем представлены на рис. 3.38: а — открытая (оси валов параллельны, шкивы вращаются в одинаковом направлении); б — перекрестная (оси валов параллельны, шкивы вращаются в противоположных направлениях); в — полуперекрестная (оси валов перекрещиваются); г — угловя
Рис. 3.38
(с направляющими роликами, оси валов перекрещиваются или пересекаются) д — со ступенчатыми шкивами (регулируемая передача); е — с холостым шкивом (применяется для пуска и остановки ведомого вала при непрерывном вращении ведущего); ж — с натяжным роликом (применяется при малых межосевых расстояниях и больших передаточных числах и ≤ 10; натяжной ролик увеличивает угол обхвата шкивов и автоматически обеспечивает постоянное натяжение ремня). Наибольшее распространение имеют открытые плоскоременные передачи. По сравнению с другими они обладают более высокой нагрузочной способностью, КПД и долговечностью ремней;
КПД передач плоским ремнем η = 0,93...0,98. Передаточное число открытой передачи и ≤ 5; с натяжным роликом и ≤ 10.
Плоскоременные передачи предпочтительны при больших межосевых расстояниях; кроме того, они сравнительно дешевы, ремни их обладают большой гибкостыо. и повышенной долговечностью, шкивы просты по конструкции. Плоскоременные передачи применяют при весьма высоких скоростях ремня (до 100 м/с).
Материал ремней. Общие требования, которые предъявляются к материалам приводных ремней, заключаются в следующем: достаточно высокое сопротивление усталости, статическая прочность и износостойкость, высокий коэффициент трения, эластичность (малая жесткость при растяжении и изгибе), а также невысокая стоимость и недефицитность.
Плоские ремни бывают кожаные, шерстяные, хлопчатобумажные, резинотканевые и синтетические.
К о ж а н ы е р е м н и среди плоских ремней обладают наибольшей тяговой способностью и эластичностью. Кожаные ремни хорошо работают при переменных и ударных нагрузках на шкивах малых диаметров; допускаемая скорость ремня 45 м/с. Ремни изготовляют одинарными и двойными (по согласованию с потребителем допускается изготовлять тройные ремни) шириной от 10 до 560 мм. Кожаные ремни не рекомендуется применять в промышленных установках при едком паре и газах. Из-за дефицитности и высокой стоимости применение кожаных ремней весьма ограничено.
Ш е р с т я н ы е р е м н и состоят из слоев шерстяной тканой основы, прошитых хлопчатобумажными нитями и пропитанных специальным составом, состоящим из железного сурика на олифе. Эти ремни дороги, но хорошо противостоят сырости и воздействию химически активных сред, поэтому применяются главным образом в химической промышленности.
Шерстяные ремни хорошо работают при неравномерных и ударных нагрузках и допускают скорость ремня до 30 м/с.
Х л о п ч а т о б у м а ж н ы е цельнотканые пропитанные ремни состоят из нескольких слоев хлопчатобумажной пряжи, пропитанных специальным составом. Такие ремни применяются при небольших мощностях и скоростях ремня до 25 м/с; удовлетворительно работают на шкивах малых диаметров, непригодны при работе на открытом воздухе, в сырых помещениях, при опасности воздействия кислот и температуры выше 45° С.
Резинотканевые плоские приводные ремни имеют наибольшее распространение. Они состоят из тканевого каркаса нарезной конструкции с резиновыми прослойками между прокладками. Каркас ремней изготовляют из технических тканей с хлопчатобумажными, комбинированными или синтетическими нитями (по согласованию с потребителем ремни на основе первых двух тканей допускается изготовлять без резиновых прослоек). Наиболее прочны ремни с каркасом из синтетических тканей. Основная нагрузка воспринимается тканью, а резина обеспечивает работу ремня как единого целого, защищает ткань от повреждений и повышает коэффициент трения ремня о шкив.
Резинотканевые ремни обладают хорошей тяговой способностью, прочностью, эластичностью, малочувствительны к влаге и колебаниям температуры, однако их нельзя применять в средах, содержащих нефтепродукты.
Резинотканевые ремни допускают скорость до 30 м/с.
Для некоторых видов резинотканевых ремней в зависимости от их функционального назначения стандарт устанавливает средний ресурс или средний срок службы в часах или других единицах.
С и н т е т и ч е с к и е плоские ремни. Весьма перспективны плоские ремни из синтетических материалов, обладающие высокой статической прочностью, эластичностью и долговечностью. Армированные пленочные многослойные ремни на основе синтетических полиамидных материалов могут передавать мощности в тысячи киловатт при скорости ремня до 60 м/с. П л е н о ч н ы е ремни малой толщины (от 0,4 до 1,2 мм) могут передавать значительные мощности (до 15 кВт), работать при скоростах до 100 м/с и на шкивах малых диаметров. Тяговую способность синтетических ремней повышают за счет специальных фрикционных покрытий.
Расчет плоскоременных передач.При .проектном расчете плоскоременных передач прежде всего выбирают тип ремня, а затем определяют минимальный диаметр малого шкива по формуле М. А. Саверина:
(3.114)
где Р1 — передаваемая мощность; ω1, — угловая скорость малого шкива
(для синтетических ремней формула Саверина дает несколько завышенные результаты).
Полученный диаметр округляют до ближайшего стандартного значения А из ряда, (мм): 40; 45; 50; 56; 63; 71; 80; 90; 100; 112; 125; 140; 160; 180; 200 и т.д. до 2000. Затем находят окружную скорость ремня по формуле и сопоставляют ее с оптимальной для выбранного типа ремня. Далее определяют все геометрические параметры передачи и приступают к расчету ремня.
В качестве характеристики тяговой способности кожаных, шерстяных и хлопчатобумажных ремней принимается п р и в е д е н н о е полезное напряжение
(3.115)
где φ0 — оптимальный коэффициент тяги; σ0 — предварительное напряжение.
Величинуk0выбирают в зависимости от типа ремня и минимально допустимого отношения , где δ — толщина ремня.
Тогда при σ0 =1,8 МПа для ремней: кожаных k0 = 1,7 МПа; хлопчатобумажных k0= 1,5 МПа; 1шерстяных k0= 1,2 МПа.
Зная диаметр D1малого шкива и отношение D1/δ, определяем толщину ремня δ, округляя ее до ближайшего меньшего стандартного значения. Дальнейший расчет кожаных и текстильных ремней сводится к определению ширины b ремня по формуле
(3.116)
где Ft — окружная сила;[k]— допускаемое полезное напряжение:
(3.117)
В этой формуле k0 — приведенное полезное напряжение; C0 — коэффициент, учитывающий тип передачи и ее расположение (для открытых горизонтальных передач и любых передач с автоматическим натяже нием ремня Со = 1; при угле наклона межосевой линии к горизонту более 60° Со = 0,9...0,8, так как при больших углах наклона передачи вес ремня ухудшает его сцепление с нижним шкивом); Са— коэффициент угла обхвата малого шкива:
α10 -------------- 180 170 160 150
Сα -------------- 1,0 0,97 0,94 0,91
Cv — коэффициент влияния центробежных сил, зависящий от скорости v ремня:
,m/c -------------- 1 10 20 30
Cv -------------- 1,04 1,0 0,88 0,68
Ср — коэффициент динамичности и режима работы (при односменной работе и характере нагрузки: спокойная Ср = 1, умеренные колебания Ср = 1,2, ударная Ср = 1,3; при двухсменной работе значения повышаются на 15%, при трехсменной — на 40%).
У резинотканевых ремней основную нагрузку несут тканевые прокладки, поэтому в качестве характеристики тяговой способности этих ремней принимается приведенная рабочая нагрузка q, приходящаяся на миллиметр ширины одной прокладки.
По стандарту для тканей из хлопчатобумажных и комбинированных нитей q = 3 Н/мм, для тканей из синтетических нитей q = 10...20 Н/мм в зависимости от сорта ткани.
Ширина b резинотканевых ремней определяется по формуле
(3,118)
где Ft — окружная сила; i — количество прокладок в ремне; [q] — допускаемая рабочая нагрузка на миллиметр ширины прокладки: (3.119)
(коэффициенты С выбирают такими же, как для кожаных и текстильных ремней).
Количество прокладок i в ремне определяется по табл.3.16 в зависимости от диаметра малого шкива и скорости ремня.
Таблица 3.16
Количество | Диаметр шкива, мм, для скорости ремня до, м/с | |||||
прокладок | ||||||
3 4 5 6 | 80 112 160 250 | 100 125 180 280 | 112 160 200 320 | 125 180 225 360 | 140 200 250 400 | 160 225 280 450 |
Ширина резинотканевых ремней выбирается из стандартного ряда (мм): 20; 25; 32; 40; 50; 63; 71; 80; 90; 100; 112; 125 и т. д. до 1200.
Для резинотканевых ремней сила Fo предварительного натяжения ремня определяется по формуле
(3.120)
где q0 — удельная сила предварительного натяжения, приходящаяся на единицу ширины одной прокладки (q0 = 2 Н/мм при малом межосевом расстоянии; q0 = 2,25 Н/мм при большом межосевом расстоянии; q0 = 2,5 Н/мм при автоматическом натяжении).
В большинстве случаев резинотканевые ремни выпускают в рулонах, поэтому для сшивки концов длину ремня увеличивают против расчетной на 100—400 мм.
В качестве характеристики тяговой способности синтетических ремней принимается приведенная предельная окружная сила q (передаваемая единицей ширины ремня), которая устанавливается в зависимости от выбранной толщины ремня δ и предварительного напряжения σ0 (q = 2... 12 Н/мм, см. справочники).
Для синтетических ремней толщиной δ = 0,4... 1,2 мм отношение
(Dmin / δ) ≈ 75.
Расчет синтетического ремня заключается в определении его ширины по формуле
(3.121)
где F, — окружная сила, [q]— допускаемая удельная окружная сила:
(3.122)
(коэффициенты С выбирают в соответствии с ранее приведенными рекомендациями).
3.3.4 Зубчато-ременные передачи
Зубчато-ременные передачи — весьма перспективный вид передач для приводов машин.
В этих передачах (рис. 3.42) бесконечный плоский ремень, имеющий на внутренней поверхности зубья трапецеидальной формы, входит в зацепление с зубчатым шкивом. По сравнению с другими видами передач гибкой связью зубчато-ременные передачи обладают рядом преимуществ: отсутствие скольжения, малые габариты, небольшие нагрузки на валы и их опоры (немного превышающие или равные окружной силе), незначительная вытяжка ремня и высокий КПД (0,94...0,98).
|
Зубчатые ремни имеют несущий слой в виде металлического троса, стекловолокна или полиамидного шнура, находящегося в резиновой или пластмассовой основе. Для повышения износостойкости зубья покрывают тканью из, синтетического волокна.
Наличие жесткого и прочного несущего каркаса обеспечивает неизменяемость окружного шага р при работе передачи. Расчетный диаметр dp шкивов зубчато-ременной передачи соответствует положению несущего слоя ремня, надетого на шкивы (см. рис. 3.42).
Основной конструктивный параметр зубчатого ремня — модуль т:
(3.132)
Где p — окружной шаг; стандартизованы модули т, мм; 2; 3; 4; 5; 7; 10.
Расчет зубчато-ременных передач. Расчет передач ведется из условия прочности ремня. Модуль передачи зубчатым ремнем вычисляется в зависимости от передаваемой мощности Р и угловой скорости со, быстроходного вала по формуле
(3.133)
полученное значение округляется до ближайшего стандартного.
Для обеспечения долговечности ремня при малых габаритах передачи число зубьев малого шкива ограничивается минимальными значениями: zmin= 10...22 при т = 2...5 мм и zmin = 17...28 при m = 7...10 мм; большие значения назначают при больших скоростях.
Число зубьев z2 большего шкива равно
(3.134)
где и — передаточное число.
Расчетные диаметры шкивов определяют по таким формулам:
(3.135)
Межосевое расстояние а предварительно принимают в пределах
(3.136)
Число зубьев zp ремня предварительно принимают равным
(3.137)
где L — предварительная расчетная длина ремня, вычисляемая по формулам 3.3.1.; полученное число зубьев округляют до ближайшего стандартного значения из ряда: 40; 45; 50; 56; 63; 71; 80; 90; 100; 112 и т. д.
до 250. Окончательная расчетная длина ремня.
(3.138)
Окончательное межосевое расстояние определяется по формулам 3.3.1.
Число зубьев ремня, находящихся в зацеплении с малым шкивом,
(3.139)
где α1 — угол обхвата малого шкива, определяемый по формулам 3.3.1. Рекомендуется zp0 ≥ 6; при несоблюдении этого условия следует увеличить межосевое расстояние.
Дальнейший расчет передачи заключается в определении ширины ремня по формуле (без учета влияния центробежных сил):
(3.140)
где F, — окружная сила, передаваемая ремнем; [q] — допускаемая удельная окружная сила, приходящаяся на единицу ширины ремня. Допускаемая удельная окружная сила:
где q0 — приведенная удельная окружная сила, выбираемая в зависимости от модуля:
m мм....... 2 3 4 5 7 10
q0 Н/мм.... 5 10 25 35 45 60
CF — коэ.ффициент неравномерности распределения нагрузки по ширине несущего слоя; CF ≈ 0,85; Ср — коэффициент динамичности и режима работы, выбираемый как для плоскоременных передач.
Полученное значение ширины ремня округляется до ближайшего большего стандартного из ряда (мм): 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100.
Нагрузка R на валы и опоры зубчато-ременной передачи
(3.142)
где Ft — окружная сила.