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 м/с) и больших межосевых расстояниях (до 15 м). Вследствие боль­шой эластичности ремня она обладает сравнительно высокой долговечностью. Для плоскоременных передач рекомендуется принимать и < 6 (с на­тяжным 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. рис. 1, а) — самая простая, надежная и удобная в работе передача; ее применяют при параллельных осях;

- перекрестная (см. рис.1, 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.1, в) — передача для перекрещивающих­ся осей;

- угловая (рис.1, 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-6, 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 СЧ10, СЧ15, СЧ25 и др. Шкив сварных конструкций изготовляют из стали марок Ст1, Ст2 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 во время 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 на три типа (рис.4): А — нарезные (ткань нарезается по ширине ремня), применяются наиболее часто, скорость ремня до 30 м/с; Б — послойно-завернутые, используются для тяжелых условий работы при скоростях до 20 м/с; В — спирально-завернутые, применяются при малых нагрузках и скоростях до 15 м/с, 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 м/с 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
Отношение a/Dmin: рекомендуемое допускаемое	0,028 0,04	0,025 0,0033	0,025-0,033 0,028-0,04
Наибольшая рекомендуемая скорость
Плотность, кг/м3		1200-1500	750-1050
Модуль продольной упругости Е, МПа	98,1—147	78,5-118	29,4-59

s, w — опытные коэффициенты.

Рис.4. Конструкции плоских ремней

Прорезиненные ремни всех типов изготовляют как без резиновых обкла­док (для нормальных условий работы), так и 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 м/с).

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 — широко доступный 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 (рис.5, а) 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.5, 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.5, 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 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 м/с. Шкивы малых диаметров до 350 мм имеют сплошные диски, шкивы больших диаметров – ступицы эллиптического переменного сечения. Стальные сварные шкивы применяют при скоростях 60÷80 м/с. Шкивы из лёгких сплавов перспективны для быстроходных передач до 100 м/с.

Рис.5. Конструкции шкивов плоскоременных передач

При большой окружной скорости (v > 20 м/с) оба шкива делают первого исполнения. Основные размеры шкивов регла­ментированы стандартом; их выбирают по табл.2. При этом ширину обо­да шкива В (см. рис.5, а) выбирают в зависимости от ширины ремня b (см. рис.4, б).

Таблица 2. Размеры плоскоременных шкивов для плоских ремней (рис.5), мм

b	В	b	В
D, мм	Стрела выпуклости обода h при В, мм
	Не более 125	140-160	180-200	224-250	280-315		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
	1,0	—	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0
	—
	—	1,5	—	—	2,5	2,5	2,5
	—	—	2,0

Обозначения: D — диаметр шкива; В — ширина шкива; b — ширина ремня.

У шкивов быстроходных передач рабочая поверхность выполняется по­лированной. При скорости v > 5 м/с 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.6).

3 2

Рис.6. 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; D₁ и D₂ — диаметры ведущего и ведомого шкивов.

Для нормальной работы плоскоременной передачи должно соблюдать­ся условие:

(2)

при этом а должно быть не более 15 м.

2. 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. В ременной передаче, как и во фрикционной, в результате упругого скольжения ремня окружные скорости не одинако­вые. Отсюда передаточное число

(9)

где , — угловая скорость и частота вращения ведущего шкива; , — то же, 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

(10)

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

(12)

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.

Клиноременная передача. Основные геометрические соотношения и конструкции

Ременную передачу с параллельными осями, приводной ремень кото­рой имеет клиновую форму поперечного сечения, называют клиноременной (см. рис.3, б и 7). Клиноременную передачу выполняют только открытой. Клиновые ремни стандартизованы по сечению и длине.

Рис.7. Механизм с клиноременной передачей

Клиновые ремни применяют по несколько штук, чтобы варьировать нагрузочную способность и несколько повысить надёжность передачи. Кроме того, один толстый ремень, поставленный вместо нескольких тонких будет иметь гораздо большие напряжения изгиба при огибании шкива. Число клиновых ремней часто принимают от трех до пяти (максималь­но восемь ремней), но передача может быть и с одним ремнем. Форму ка­навки шкива проектируют так, чтобы между шкивом и ремнем постоянно был гарантированный радиальный зазор 8 (рис.8, I). Рабочие поверхно­сти — это боковые стороны ремня, поэтому клиновый ремень не должен выступать за пределы наружного диаметра шкива. Клиноременные переда­чи в машиностроении применяют чаще, чем плоскоременные. Однако ско­рость этой передачи не должна превышать 30 м/с, так как при v > 30 м/с клиновые ремни начинают вибрировать. Оптимальная окружная скорость, при которой передача работает устойчиво, v = 5-25 м/с.

Рис.8. Установка клинового ремня на шкиве

Передаточное число для одноступенчатой клиноременной передачи <8.

Достоинства клиноременной передачи по сравнению с плоскоре­менной:

- возможность передачи большей мощности;

- допустимость меньшего межосевого расстояния а;

- возможность меньшего угла обхвата , на малом шкиве (см. рис.1).

Недостатки:

- большая жесткость и, как следствие, — меньший срок службы ремня;

- необходимость особых приемов при надевании ремня;

- зависимость размеров проектируемой передачи от подобранного (по таблице регламентированных длин) ремня;

- большая стоимость эксплуатации передачи при вытяжке (ремни не ремонтируются);

- большая трудоемкость изготовления шкивов;

- несколько пониженный КПД.

Ремни для клиноременных передач.

Основное распространение по­лучили ремни трапециевидного сечения (рис.9, а, б) с углом профиля = 40+ 1⁰.

Рис.9. Конструкции клиновых ремней: а — кордшнуровой; б — кордтканевый; в — поликлиновой

Замкнутые бесшовные ремни изготовляют методом вулканизации в пресс-формах. Трапециевидная (клиновая) форма ремня увеличивает его сцепление со шкивом примерно в 3 раза по сравнению с плоским ремнем, но вследствие большой высоты ремня эта форма неблагоприятна. Передача имеет более низкий КПД. Эти недостатки отчасти компенсируются тем, что ремень изготовляют из материала с малым модулем упругости (из рези­ны), а несущие кордовые слои имеют наибольшую толщину и располага­ются около нейтральной плоскости ремня. Промышленность выпускает клиновые ремни двух типов: кордшнуровые (рис.9, а) и кордтканевые (рис.9, б). Различаются они тем, что основной несущий слой у первого состоит из одного ряда толстых кордовых шнуров 1, а у второго — из не­скольких рядов кордовой ткани 1. В верхней и нижней частях сечения (в зонах растяжения и сжатия) ремень заполнен резиной 2, а снаружи в не­сколько слоев обмотан прорезиненной тканью — обертка 3. Большую гибкость и нагрузочную способность имеют кордошнуровые ремни, у которых верхний растягиваемый слой состоит из одного ряда анидных шнуров (намотанных по винтовой линии), заключенных в слой мягкой резины.

В СНГ клиновые резино-тканевые приводные ремни выпускают семи типов: Z(О), А, В(Б), С(В), Д(Г), И(Д), ЕО(Е). Для каждого типа (сечения ремня) в таблицах указываются: размеры сечения, площадь сечения, длина, минимальный диаметр шкива, допускаемая нагрузка и вес. Кроме ГОСТа существует еще, отличающийся от него, сортамент ремней для автотракторной промышленности.

Размеры ремня (см. рис.9, а): ширина большого основания ремня b_о; расчетная ширина ремня b_р, высота ремня h; длина ремня L — стандарти­зованы (табл.3).

Таблица 3. Клиновые ремни

Сечение ремня	Размеры сечения, мм (см. рис. 9, а)	А, мм2	Натяжение 2F0, H	Рекомендуе­мая длина ремня L, мм
bр	bp	h
Z(О)		8,5				400-2500
А		И				560-4000
В(Б)			10,5			800-6300
С(В)			13,5			1800-10 600
Д(Г)						3150-15 000
И(Д)			23,5			4500-18 000
EО(Е)						6300-18 000
Стандартный ряд предпочтительных расчетных данных длин L, мм 400; 450; 500; 560; 630; 710; 800; 900; 1000; 1200; 1250; 1600; 1800; 2000; 2240; 2500; 3150; 3550; 4000; 4500; 5000; 5600; 6300; 7100; 8000; 9000; 10000.

Разновидности клиноременных передач. На рис.10 показана раз­новидность клиновидного ремня. Материалы клиновых ремней в основном те же, что и для плоских. Выполняются прорезиненные ремни с тканевой обёрткой для большего трения, кордотканевые (многослойный корд) и кордошнуровые ремни (шнур, намотанный по винтовой линии), ремни с несущим слоем из двух канатиков. Иногда для уменьшения изгибных напряжений применяют гофры на внутренней и наружных поверхностях ремня. Клиновые ремни выпускают бесконечными (кольца).

Кордшнуровые или кордтканевые гофри­рованные ремни применяют в передачах с малыми диаметрами шкивов. Для увеличения эластичности иногда применяют ремни с гофрами на внутренней и наружной поверхностях. Ременные передачи с зубча­тыми ремнями способны передать большие мощность и окружную скорость (v до 70 м/с) при постоянном передаточном числе без проскальзывания (и до 15) (см. рис.3, д).

Рис.10. Клиновой ремень с гофрами на внутренней поверхности

В лёгких передачах благодаря закручиванию ремня можно передавать вращение между параллельными, пересекающимися, вращающимися в противоположные стороны валами. Это возможно потому, что жёсткость на кручение ремней вследствие их малой толщины и малого модуля упругости мала.

В ременных передачах специального назначения находят применение

- поликлиновые ремни (см. рис.9, в), выполненные из плоского ремня с высокопрочным кордшнуром (вискоза, лавсан, стекловолок­но) и продольными клиньями. Поликлиновые ремни выпускают трех типов: К, Л, М (табл.4). При одинаковой передавае­мой мощности ширина поликлиновых ремней в 1,5—2 раза меньше ширины клиновых ремней. Благодаря высокой гибкости допускается применение шкивов меньшего диаметра, чем в обычной клиноременной передаче, большая быстроходность (до 40 – 50 м/с) и большие передаточные отношения. Недостаток — передачи с поликлиновы­ми ремнями чувствительны к отклонениям от параллельности валов и осевому смещению шкивов.

Таблица 4. Размеры поликлиновых ремней

Обозначе­ние сечения	Размеры сечения, мм (см. рис.9, в)	Расчетная длина L, мм	Число клиньев z
Р	Н	h	b	рекомен­дуемое	допускае­мое
К	2,4		2,35	1,0	400-2000	2-36
Л	4,8	9,5	4,85	2,4	1250-4000	4-20
М	9,5	16,7	10,35	3,5	2000-4000	2-20 | 50

- зубчатые ремни (см. рис.3, д), изготовленные из армированного стальным канатом неопрена, полиуретана, стекловолокна или поли­амидного шнура. Эти ремни способны передавать вращающий мо­мент при условии постоянства передаточного числа (проскальзыва­ние ремня исключено) с высокими окружными скоростями (до 80 м/с); их применяют в кинематических механизмах станков.

Рис.11. Конструкции шкивов клиновых и поликлиновых передач:

а — шкив клиновой пе­редачи (количество ремней — 3);