Ременные передачи

Принцип действия и классификация. Схема ременной передачи изображена на рис. Передача состоит из двух шкивов, закреп­ленных на валах, и ремня, охватывающего шкивы. Нагрузка переда­ется силами трения, возникающими между шкивами и ремнем вслед­ствие натяжения последнего.

В зависимости от формы поперечного сечения ремня различают: плоскоременную (а), клиноременную (б) и кругло-ременную (в) передачи.

Оценка и применение. Ременная передача является одним из старейших типов механических передач, сохранивших свое значение до последнего времени. По сравнению с другими типами передач ременная обладает рядом особен­ностей, которые определяют це­лесообразность ее применения. Для оценки ременной передачи сравним ее с зубчатой передачей, как наиболее распространенной. При этом можно отметить следу­ющие основные преимущества ре­менной передачи: возможность передачи движения на значитель­ное расстояние (до 15 м и более); плавность и бесшумность работы, обусловленные эластичностью ремня и позволяющие работать при высоких скоростях; предохранение механизмов от резких коле­баний нагрузки вследствие упругости ремня; предохранение ме­ханизмов от перегрузки за счет возможного проскальзывания рем­ня; простота конструкции и эксплуатации (передача не требует смазки).

Основными недостатками ременной передачи являются: повы­шенные габариты (для одинаковых условий диаметры шкивов примерно в пять раз больше диаметров зубчатых колес); некоторое непостоянство передаточного отношения, вызванное зависимостью скольжения ремня от нагрузки; повышенная нагрузка на валы и их опоры, связанная с большим предварительным натяжением ремня (увеличение нагрузки на валы в 2...3 раза по сравнению с зубчатой передачей); низкая долговечность ремней (в пределах от 1000 до 5000 ч).

Ременные передачи применяют преимущественно в тех случаях, когда по условиям конструкции валы расположены на значительных расстояниях. Мощность современных передач не превышает обыч­но 50 кВт. В комбинации с зубчатой передачей ременную передачу устанавливают обычно на быстроходную ступень, как менее нагру­женную.

В современном машиностроении наибольшее распространение имеют клиновые ремни. Применение плоских ремней старой конст­рукции значительно сократилось. Плоские ремни новой конструк­ции (пленочные ремни из пластмасс) получают распространение в высокоскоростных передачах. Круглые ремни применяют только для малых мощностей: в приборах, машинах домашнего обихода и т. п.

Силы и силовые зависимости. На рис. показано нагружение ветвей ремня в двух случаях: = 0 (а) и 0(б). Здесь обозначено: -предварительное натяжение ремня; и -натяжение ведущей и ведомой ветвей в нагруженной передаче; - окружная сила передачи.

По условию равновесия шкива имеем

,

или

.

Связь между , и можно установить на основе следующих рассуждений.

Геометрическая длина ремня не зависит от нагрузки и остается неизменной как в ненагруженной, так и в на­груженной передаче. Следовательно, дополнительная вытяжка веду­щей ветви компенсируется равным сокращением ведомой ветви. Запишем

, ,

или

.

Из равенств следует:

,

.

Получили систему двух уравнений с тремя неиз­вестными: , и . Эти уравнения устанавливают изменение натяжений ведущей и ведомой ветвей в зависимости от нагрузки но не вскрывают способности передавать эту нагрузку или тяговой спосо­бности передачи, которая связана с величиной силы трения между ремнем и шкивом. Такая связь установлена Эйлером.

На рис. -натяжение ремня в сечении под углом ; - нормальная реакция шкива на элемент ремня, ограниченный углом ; элементарная сила трения. По условиям равнове­сия,

- (сумма моментов)

или ;

- (сумма проекций).

Отбрасывая члены второго порядка малости и принимая , получаем

.

Исключая , находим

.

Интегрируя, получаем

; ; ,

или

.

Решая совместноуравнения, находим:

; ; .

Формулы уста­навливают связь сил натя­жения ветвей работающей передачи с нагрузкой и факторами трения и . Они позволяют также определить минима­льно необходимое предварительное натяжение ремня при кото­ром еще возможна передача заданной нагрузки . Если

,

то начнется буксование ремня.

Нетрудно установить, что увеличение и благоприятно отражается на работе передачи. Эти выводы приняты за основу при создании конструкции

клиноременной пе­редачи и передачи с натяжным роликом. В первой передаче использован принцип искусственного повыше­ния трения путем заклинивания ремня в канавках шкива. Во вто­рой - увеличивают угол обхвата установкой натяжного ро­лика.

При круговом движении ремня со скоростью (рис. 12.5) на каждый его элемент с массой , расположенный в пределах угла обхвата, действуют элементарные центробежные силы . Действие этих сил вызывает дополнительное натяжение , во всех сечениях ремня. Элементарная центробежная сила

,

где - плотность материала ремня; - площадь поперечного сечения ремня. Из условия равновесия находим

.

Подставляя, находим

.

Натяжение - ослабляет полезное действие предвари­тельного натяжения . Оно уменьшает силу трения и тем самым понижает нагрузоч­ную способность передачи.

Как показывают расчеты (см. ниже), влияние центро­бежных сил на работоспо­собность передачи существенно только при больших скоростях: 20 м/с.

Напряжения в ремне.Наибольшие напряжения создаются в веду­щей ветви ремня. Они складываются из , и :

, .

Учитывая формулу, напряжение можнопредставить в виде

,

где

- так называемое полезное напряжение; напряжение от пред­варительного

натяжения. Согласно формуле, полезное напря­жение можно представить как разность напряжений ведущей и ве­домой ветвей: .

В той части ремня, которая огибает шкив, возникают напряже­ния изгиба . По закону Гука,

,

где - относительное удлинение, - модуль упругости. Вели­чину найдем, рассматривая участок дуги ремня, ограниченный углом . Длина нейтральной (средней) линии на этом участке равна , а длина наружной линии . Удлинение наружного волокна будет . Отно­сительное удлинение . Величиной в знаменателе можно пренебречь как малой по сравнению с . При этом ,а

.

Формула позволяет отме­тить, что основным фактором, опреде­ляющим величину напряжений изгиба, является отношение толщины ремня к диаметру шкива. Чем меньше это отношение, тем меньше напряжение изгиба в ремне.

Суммарное максимальное напряже­ние в ведущей ветви в месте набегания ремня на малый шкив